KR102481839B1 - Biosensor - Google Patents

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KR102481839B1
KR102481839B1 KR1020200110481A KR20200110481A KR102481839B1 KR 102481839 B1 KR102481839 B1 KR 102481839B1 KR 1020200110481 A KR1020200110481 A KR 1020200110481A KR 20200110481 A KR20200110481 A KR 20200110481A KR 102481839 B1 KR102481839 B1 KR 102481839B1
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마동희
이영근
조수호
유민수
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극부; 및 상기 전극부 상에 형성된 전극보호/전자수송부를 포함하는 바이오센서로, 상기 전극보호/전자수송부는, 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하며, 분석물(analyte)의 농도에 대한 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기가 하기 식 1을 만족하는, 바이오센서에 관한 것이다.
[식 1]
-60.728μ2+341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ2+341.56μ+22.199
상기 ω는 nA/mm2·mM로 나타내는 검량선의 기울기이고;
상기 μ는, 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대한, 중량%로 나타내어지는 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량이며;
상기 ω의 최소값은 0을 초과하는 수이다.
The present invention, a substrate; an electrode unit formed on the substrate; and an electrode protection/electron transport part formed on the electrode part, wherein the electrode protection/electron transport part contains Prussian blue, and measures current density with respect to the concentration of an analyte. It relates to a biosensor in which the slope represented by the calibration curve of satisfies Equation 1 below.
[Equation 1]
-60.728μ 2 +341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ 2 +341.56μ+22.199
ω is the slope of the calibration curve represented by nA/mm 2 ·mM;
wherein μ is the content of Prussian blue expressed as a weight percent with respect to the total weight of the electrode protection/electron transport part;
The minimum value of ω is a number greater than zero.

Description

바이오센서{Biosensor}Biosensor {Biosensor}

본 발명은 바이오센서에 관한 것이다.The present invention relates to biosensors.

바이오센서는, 병원균, DNA, 또는 혈당과 같은 생체의 물질 등에 대한 인식 기능을 갖는 생물학적 수용체가 전기 또는 광학적 변환기와 결합되어 생물학적 상호작용 및 인식반응을 전기적 또는 광학적 신호로 변환함으로써 분석하고자 하는 물질을 선택적으로 감지할 수 있는 소자이다.A biosensor is a biosensor in which a biological receptor having a function of recognizing biological substances such as pathogens, DNA, or blood sugar is combined with an electrical or optical transducer to convert biological interactions and recognition responses into electrical or optical signals, thereby detecting substances to be analyzed. It is a device that can be selectively detected.

이러한 선택성에 따라 항원/항체, 효소, 핵산/DNA, 세포구조 등의 다양한 상호작용을 이용한 바이오센서가 존재하며, 특히, 효소의 촉매기능, 분석대상물(촉매활동의 기질, 생성물, 방해물, 변형물 등)의 그룹을 감지하는 능력 및 분석대상물의 인식에 여러 가지 형태의 형질도입방법을 사용할 수 있다는 측면에서, 효소 상호작용을 이용한 바이오센서에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.Depending on this selectivity, there are biosensors using various interactions such as antigen/antibody, enzyme, nucleic acid/DNA, and cellular structure. Research and development on biosensors using enzyme interactions are actively progressing in terms of the ability to detect a group of (e.g., etc.) and the ability to use various types of transduction methods for the recognition of an analyte.

이러한 바이오센서는, 분석 대상물을 측정하는 것을 그 목표로 하는 것인 바, 측정 소요시간을 단축시키면서도, 특정한 출력 결과에서의 분석 대상물의 농도를 정확하게 측정하는 것이 바이오센서의 성능을 결정하는 중요한 요소라고 볼 수 있다.Since such a biosensor aims to measure an analyte, it is said that accurately measuring the concentration of an analyte in a specific output result while reducing the measurement time is an important factor in determining the performance of the biosensor. can see.

특히, 시료에 포함된 분석 대상물을 직접적으로 추출하여, 바이오센서에 주입하는 것이 아닌, 생체 시료 자체를 주입하여, 시료에 포함된 분석 대상물의 농도를 측정하는 것이 일반적인 바이오센서의 특성상, 극소량의 분석 대상물이 포함된 시료, 예컨데, 침, 땀 등에 포함된 글루코스 등을 높은 정확도로 측정하는 것에 대해 의료 업계에서는 매년 수십억 달러의 비용을 지불하고 있을 정도로, 보다 효율적이고, 재현성이 있는 장치의 개발이 필요하다.In particular, it is common to measure the concentration of the analyte contained in the sample by injecting the biological sample itself, rather than directly extracting the analyte contained in the sample and injecting it into the biosensor. The medical industry is paying billions of dollars every year for high-accuracy measurement of samples containing objects, such as saliva, sweat, etc., and it is necessary to develop more efficient and reproducible devices. Do.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 공개특허 제 10-2019-0101203호는, 저농도의 글루코스를 신속하게 측정할 수 있는 글루코스 센서를 개시하고 있으나, 함유된 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량이 많아, 금속성의 전극부 내지 기판의 부식을 초래할 수 있고, 프러시안 블루(Prussian blue)의 함량에 따라, 저농도의 글루코스를 측정할 수 있음을 개시하고 있을 뿐, 측정 소요시간을 단축시키기 위해서는 별도의 장치, 예컨데 배선 연결부 등을 구비하여야 하는 문제점이 있어, 이러한 장치 없이도 저농도의 분석물에 대해서 높은 정확도로 신속하게 측정할 수 있는 바이오센서의 도입이 시급하다.In order to solve this technical problem, Patent Publication No. 10-2019-0101203 discloses a glucose sensor capable of quickly measuring low-concentration glucose, but the content of Prussian blue is high, It can cause corrosion of metallic electrode parts or substrates, and it is disclosed that low-concentration glucose can be measured according to the content of Prussian blue. In order to shorten the measurement time, a separate device, For example, there is a problem of having to have a wiring connection, etc., so it is urgent to introduce a biosensor capable of rapidly measuring low-concentration analytes with high accuracy without such a device.

공개특허 제 10-2019-0101203호Publication Patent No. 10-2019-0101203

본 발명은, 시료에 포함된 저농도의 분석물에 대해서, 정확성이 향상된 바이오센서를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a biosensor with improved accuracy with respect to a low-concentration analyte included in a sample.

본 발명은, 시료에 포함된 저농도의 분석물에 대해서, 측정 소요시간이 단축된 바이오센서를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a biosensor in which the required time for measurement of a low-concentration analyte contained in a sample is shortened.

본 발명은, 분석물의 다양한 농도범위에 대응이 가능한 바이오센서를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a biosensor capable of responding to various concentration ranges of an analyte.

본 발명은, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극부; 및 상기 전극부 상에 형성된 전극보호/전자수송부를 포함하는 바이오센서로, 상기 전극보호/전자수송부는, 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하며, 분석물(analyte)의 농도에 대한 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기가 하기 식 1을 만족하는, 바이오센서에 관한 것이다.The present invention, a substrate; an electrode unit formed on the substrate; and an electrode protection/electron transport part formed on the electrode part, wherein the electrode protection/electron transport part contains Prussian blue, and measures current density with respect to the concentration of an analyte. It relates to a biosensor in which the slope represented by the calibration curve of satisfies Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

-60.728μ2+341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ2+341.56μ+22.199-60.728μ 2 +341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ 2 +341.56μ+22.199

상기 ω는 nA/mm2·mM로 나타내는 검량선의 기울기이고;ω is the slope of the calibration curve represented by nA/mm 2 ·mM;

상기 μ는, 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대한, 중량%로 나타내어지는 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량이며;wherein μ is the content of Prussian blue expressed as a weight percent with respect to the total weight of the electrode protection/electron transport part;

상기 ω의 최소값은 0을 초과하는 수이다.The minimum value of ω is a number greater than zero.

본 발명은, 그 제1 관점에 있어서, 상기 검량선의 결정계수(R2)의 값이, 0.8 이상인 것일 수 있다.In the present invention, in the first aspect, the value of the coefficient of determination (R 2 ) of the calibration curve may be 0.8 or more.

본 발명은, 그 제2 관점에 있어서, 상기 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대한, 상기 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량(μ)은, 0.1중량% 이상 2.0중량% 미만인 것일 수 있다.In the second aspect of the present invention, the Prussian blue content (μ) with respect to the total weight of the electrode protection/electron transport part may be 0.1% by weight or more and less than 2.0% by weight.

본 발명은, 그 제3 관점에 있어서, 상기 분석물(analyte)의 농도는, 0.1mM 내지 0.3mM인 것일 수 있다.In the third aspect of the present invention, the concentration of the analyte may be 0.1 mM to 0.3 mM.

본 발명은, 그 제4 관점에 있어서, 상기 전극부는, 금(Au); 은(Ag); 구리(Cu); 백금(Pt); 티타늄(Ti); 니켈(Ni); 주석(Sn); 몰리브덴(Mo); 팔라듐(Pd); 코발트(Co); 및 이들의 합금; 파이로리틱그래파이트(pyrolytic graphite); 글래시카본(galssy carbon); 카본페이스트 (carbon paste); 퍼플루오로카본(PFC); 및 카본나노튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.The present invention, in the fourth aspect, the electrode portion, gold (Au); silver (Ag); copper (Cu); platinum (Pt); titanium (Ti); nickel (Ni); tin (Sn); molybdenum (Mo); palladium (Pd); cobalt (Co); and alloys thereof; pyrolytic graphite; glassy carbon; carbon paste; perfluorocarbons (PFCs); And it may include one or more selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNT).

본 발명은, 그 제5 관점에 있어서, 상기 전극보호/전자수송층 상에 효소층을 더 포함하는 것일 수 있다.In the fifth aspect, the present invention may further include an enzyme layer on the electrode protection/electron transport layer.

본 발명은, 그 제6 관점에 있어서, 상기 효소층은, 글루코스 산화 효소(Glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소 효소(Glucoase dehydronase)를 포함하는 것일 수 있다.In the sixth aspect of the present invention, the enzyme layer may include glucose oxidase or glucose dehydronase.

본 발명은, 그 제7 관점에 있어서, 상기 효소층 상에 이온 중합체 막을 더 포함하는 것일 수 있다.In the seventh aspect, the present invention may further include an ionic polymer film on the enzyme layer.

본 발명은, 그 제8 관점에 있어서, 상기 이온 중합체 막은, 구조 내에 설폰산으로부터 유도된 작용기를 포함하는 플루오로 공중합체를 포함하는 것일 수 있다.In the eighth aspect of the present invention, the ionic polymer membrane may include a fluoro copolymer containing a functional group derived from sulfonic acid in its structure.

본 발명에 따른 바이오센서에 의하면, 분석물의 농도에 따른 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기를 특정한 범위 내의 영역에 한정되도록 설계 함으로써, 시료에 포함된 저농도의 분석물에 대해서도, 높은 정확도로 측정이 가능하며, 측정에 필요한 소요시간을 단축시킬 수 있다. According to the biosensor according to the present invention, by designing the slope of the calibration curve of the measurement current density according to the concentration of the analyte to be limited to a region within a specific range, it is possible to measure with high accuracy even for a low-concentration analyte included in the sample. and shorten the time required for measurement.

또한, 본 발명에 따른 바이오센서에 의하면, 한정된 기울기에 대한 파라미터 범위를 통해, 시료에 포함된 분석물의 다양한 농도범위에 대해서도 단시간에 높은 정확도로 측정이 가능하다.In addition, according to the biosensor according to the present invention, it is possible to measure various concentration ranges of analytes included in a sample with high accuracy in a short time through a parameter range for a limited slope.

또한, 본 발명에 따른 바이오센서에 의하면, 종래보다 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량을 감소시키면서도, 단시간에 높은 정확도를 나타내는 바이오센서의 제작이 가능하다.In addition, according to the biosensor according to the present invention, it is possible to manufacture a biosensor exhibiting high accuracy in a short time while reducing the content of Prussian blue compared to the prior art.

도 1은, 본 발명의 바이오센서가 나타내는 검량선의 한정된 기울기 범위를 나타내는 도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 바이오센서의 적층구조를 나타내는 도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 바이오센서를 나타내는 도이다.
도 4는, 도 3에 도시된 바이오센서를 A-A'를 따라 절단한 단면도이다.
도 5 및 도 6은, 실시예 2 및 비교예 1의 바이오센서로 측정한 결과를 나타낸 도이다.
1 is a diagram showing a limited slope range of a calibration curve represented by a biosensor of the present invention.
2 is a diagram showing a laminated structure of a biosensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a biosensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the biosensor shown in FIG. 3 taken along A-A'.
5 and 6 are diagrams showing the results measured by the biosensors of Example 2 and Comparative Example 1.

본 발명은, 바이오센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극부; 및 상기 전극부 상에 형성된 전극보호/전자수송부를 포함하는 바이오센서로, 상기 전극보호/전자수송부는, 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하며, 상기 프러시안 블루(Prussian blue)의 함량에 따른, 분석물의 농도에 대한 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기가 일정한 영역에 포함되도록 하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a biosensor, and more particularly, to a substrate; an electrode unit formed on the substrate; and an electrode protection/electron transport part formed on the electrode part, wherein the electrode protection/electron transport part contains Prussian blue, and , characterized in that the slope indicated by the calibration curve of the measured current density for the concentration of the analyte is included in a certain region.

상기와 같이, 전자매개체의 최적 설계에 따른 바이오센서를 제작함으로써, 분석물이 저농도로 포함된 시료에 대해서도, 높은 정확도로 측정이 가능함과 동시에, 측정 소요시간을 효과적으로 단축시킬 수 있도록 한다.As described above, by manufacturing the biosensor according to the optimal design of the electron medium, it is possible to measure with high accuracy even for a sample containing a low concentration of the analyte, and at the same time, it is possible to effectively reduce the required measurement time.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 실시 예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, with reference to the drawings, embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the contents of the above-described invention, so the present invention is described in such drawings should not be construed as limited to

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않은 한 복수형도 포함한다.Terms used in this specification are for describing embodiments, and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase.

명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence or addition of one or more other elements, steps, operations and/or elements other than the mentioned elements, steps, operations and/or elements. It is used in the sense of not excluding. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

<바이오센서><Biosensor>

도 1은, 본 발명의 바이오센서가 나타내는 검량선의 한정된 기울기 범위를 나타내는 도이고, 도 2는, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 바이오센서의 적층 구조를 나타내는 도이고, 도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 따른, 바이오센서를 나타내는 도이며, 도 4는, 도 3에 도시된 바이오센서를 A-A'를 따라 절단한 단면도이다.1 is a diagram showing a limited slope range of a calibration curve represented by a biosensor of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a laminated structure of a biosensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the present invention. is a diagram illustrating a biosensor according to an embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the biosensor shown in FIG. 3 taken along A-A'.

도 1 내지 도 4을 참조하면, 본 발명의 바이오센서는 기판(10); 상기 기판(10) 상에 형성된 전극부(20); 및 상기 전극부(20) 상에 형성된 전극보호/전자수송부(30)를 포함하는 바이오센서로, 상기 전극보호/전자수송부(30)는, 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하며, 분석물(analyte)의 농도에 대한 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기가 하기 식 1을 만족하는 바이오센서일 수 있다.1 to 4, the biosensor of the present invention includes a substrate 10; an electrode part 20 formed on the substrate 10; and an electrode protection/electron transport unit 30 formed on the electrode unit 20, wherein the electrode protection/electron transport unit 30 includes Prussian blue, and the analyte ( It may be a biosensor in which the slope of the calibration curve of the measured current density for the analyte) concentration satisfies Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

-60.728μ2+341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ2+341.56μ+22.199-60.728μ 2 +341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ 2 +341.56μ+22.199

상기 ω는 nA/mm2·mM로 나타내는 검량선의 기울기이고; 상기 μ는, 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대한, 중량%로 나타내어지는 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량이며; 상기 ω의 최소값은 0을 초과하는 수이다.ω is the slope of the calibration curve represented by nA/mm 2 ·mM; wherein μ is the content of Prussian blue expressed as a weight percent with respect to the total weight of the electrode protection/electron transport part; The minimum value of ω is a number greater than zero.

기판(10)은, 바이오센서를 구성하는 구성요소들의 구조적인 기지(base)를 제공하는 역할을 수행한다.The substrate 10 serves to provide a structural base for components constituting the biosensor.

기판(10)은, 유리 등과 같은 경성 재질을 갖거나, 플렉서블 특성을 갖는 필름 형태로 구현되는 것일 수 있고, 종래 또는 이후에 개발되는 것을 사용할 수 있으며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 실리콘, 유리, 유리에폭시, 세라믹, 폴리에틸렌나프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The substrate 10 may be made of a rigid material such as glass or implemented in the form of a film having flexible properties, and may be conventionally or later developed, and in one or more embodiments, silicon, polyester resins such as glass, glass epoxy, ceramics, polyethylene naphthalate (PET), and polybutylene terephthalate; cellulosic resins such as diacetyl cellulose and triacetyl cellulose; polycarbonate-based resin; acrylic resins such as polymethyl (meth)acrylate and polyethyl (meth)acrylate; styrenic resins such as polystyrene and acrylonitrile-styrene copolymer; polyolefin-based resins such as polyethylene, polypropylene, polyolefins having a cyclo-based or norbornene structure, and ethylene-propylene copolymers; vinyl chloride-based resins; amide resins such as nylon and aromatic polyamide; imide-based resins; polyethersulfone-based resins; sulfone-based resins; polyether ether ketone-based resins; sulfurized polyphenylene-based resins; vinyl alcohol-based resin; vinylidene chloride-based resins; vinyl butyral-based resins; allylate-based resins; polyoxymethylene-based resin; A film composed of a thermoplastic resin such as an epoxy resin may be used, and a film composed of a blend of the thermoplastic resin may also be used. In addition, a film made of a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin such as (meth)acrylic, urethane, acrylurethane, epoxy, or silicone may be used, but is not limited thereto.

기판(10)의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니나, 일반적으로는 강도나 취급성 등의 작업성, 박층성 등을 고려하여, 1 내지 500㎛일 수 있으며, 1 내지 300㎛가 바람직하며, 5 내지 200㎛가 보다 바람직하다.The thickness of the substrate 10 is not particularly limited, but generally may be 1 to 500 μm, preferably 1 to 300 μm, and 5 to 300 μm, in consideration of workability such as strength and handling, and thin layer properties. 200 μm is more preferable.

일 실시 예에 있어서, 기판(10)은, 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수 있으며, 첨가제는, 예를 들어, 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다.In one embodiment, the substrate 10 may contain one or more appropriate additives, and the additives include, for example, an ultraviolet absorber, an antioxidant, a lubricant, a plasticizer, a release agent, an anti-coloring agent, a flame retardant, a nucleating agent, An antistatic agent, a pigment, a colorant, etc. are mentioned.

일 실시 예에 있어서, 기판(10)은, 기판의 일면 또는 양면에 하드코팅층, 반사방지층, 가스배리어층과 같은 다양한 기능성층을 포함하는 구조일 수 있으며, 기능성층은 전술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 기능성층을 포함할 수 있다.In one embodiment, the substrate 10 may have a structure including various functional layers such as a hard coating layer, an antireflection layer, and a gas barrier layer on one or both surfaces of the substrate, and the functional layer is not limited to the above. , It may include various functional layers depending on the use.

일 실시 예에 있어서, 기판(10)은, 필요에 따라 표면 처리된 것일 수 있으며, 이러한 표면 처리로는, 예를 들어, 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 프라이머(primer) 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리 등을 들 수 있다.In one embodiment, the substrate 10 may be surface-treated as needed, and such surface treatment includes, for example, plasma treatment, corona treatment, primer treatment, and the like. dry treatment, chemical treatment such as alkali treatment including saponification treatment, and the like.

본 발명의 바이오센서는, 기판(10) 상에 전극부(20)를 포함하는 것일 수 있다.The biosensor of the present invention may include the electrode unit 20 on the substrate 10 .

상기 전극부(20)는, 시료에 포함되는 분석물의 반응에 의해 발생되는 전기적 신호를 감지하는 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.The electrode unit 20 may be provided to sense an electrical signal generated by a reaction of an analyte included in a sample.

전극부(20)는, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 금(Au); 은(Ag); 구리(Cu); 백금(Pt); 티타늄(Ti); 니켈(Ni); 주석(Sn); 몰리브덴(Mo); 팔라듐(Pd); 코발트(Co); 및 이들의 합금; 파이로리틱그래파이트(pyrolytic graphite); 글래시카본(galssy carbon); 카본페이스트 (carbon paste); 퍼플루오로카본(PFC); 및 카본나노튜브(CNT) 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 상기 전극부(20)에 사용되는 물질들은 단독으로 사용해도 좋고, 2 이상의 재료를 다층 막으로 사용해도 좋다.The electrode unit 20, in one or more embodiments, is gold (Au); silver (Ag); copper (Cu); platinum (Pt); titanium (Ti); nickel (Ni); tin (Sn); molybdenum (Mo); palladium (Pd); cobalt (Co); and alloys thereof; pyrolytic graphite; glassy carbon; carbon paste; perfluorocarbons (PFCs); And it may include one or more selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNT). The materials used for the electrode part 20 may be used alone or two or more materials may be used as a multilayer film.

상기 전극부(20)는, 바람직하게는, 반응이 일어나기 위한 전극인 작업전극(20-1)으로써 구비되는 것일 수 있으며, 일 실시 예에 있어서, 본 발명의 바이오센서는, 기준전극(20-2) 및/또는 상대전극(도시하지 않음)이 더 포함되는 것일 수 있다.The electrode unit 20 may preferably be provided as a working electrode 20-1, which is an electrode for a reaction to occur. In one embodiment, the biosensor of the present invention includes a reference electrode 20-1. 2) and/or a counter electrode (not shown) may be further included.

기준전극(20-2)는, 전위가 일정하며 작업전극의 발생 전위를 얻기 위한 전위의 기준이 되는 전극으로써의 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.The reference electrode 20 - 2 has a constant potential and may be provided to serve as a reference electrode for obtaining a generated potential of the working electrode.

기준전극(20-2)는, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 은-염화은(Ag/AgCl) 전극, 칼로멜(calomel) 전극, 수은-황산수은(mercury sulfate) 전극, 및 수은-산화수은(mercury-oxide mercury) 전극 등으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 온도 사이클에 대한 전위의 히스테리시스가 덜하고, 고온까지 전위가 안정하다는 점을 고려할 때, 은-염화은(Ag/AgCl) 전극인 것이 바람직하다.The reference electrode 20-2, in one or more embodiments, is a silver-silver chloride (Ag/AgCl) electrode, a calomel electrode, a mercury-mercury sulfate electrode, and a mercury-mercury oxide At least one selected from the group consisting of -oxide mercury) electrodes can be used, and considering that the hysteresis of the potential with respect to the temperature cycle is less and the potential is stable up to high temperature, silver-silver chloride (Ag / AgCl) It is preferable that it is an electrode.

상대전극은, 작업전극의 표면에서 반응이 일어나도록 전류를 보내거나 받는 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것일 수 있다. 즉, 전류의 흐름은 주로 상대전극과 작업전극에서 교환이 일어나면서 산화, 환원반응이 발생하고 이때 기준전극은 상대전극의 전위를 측정 감시하여 일정한 상태로 유지하기 위한 피드백 센서로서의 역할을 수행할 수 있다.The counter electrode may be provided to send or receive current so that a reaction occurs on the surface of the working electrode. That is, the flow of current occurs mainly through exchange between the counter electrode and the working electrode, and oxidation and reduction reactions occur. At this time, the reference electrode can serve as a feedback sensor to measure and monitor the potential of the counter electrode and maintain it in a constant state. there is.

상대전극은 상기 작업전극 기준전극에서 사용되는 모든 재료가 사용될 수 있으며, 공정단순화 및 제조 원가 개선을 위해 상기 작업전극 및/또는 기준전극과 동일한 재료를 사용하는 것이 바람직하다. The counter electrode is the working electrode and All materials used in the reference electrode may be used, and it is preferable to use the same material as the working electrode and/or the reference electrode in order to simplify the process and improve manufacturing cost.

본 발명의 바이오센서는, 상기 전극부(20) 상에 형성된 전극보호/전자수송부(30)를 포함하는 것일 수 있다.The biosensor of the present invention may include an electrode protection/electron transport unit 30 formed on the electrode unit 20 .

상기 전극보호/전자수송부(30)는, 전극부(20)를 구성하는 전극들을 보호하는 동시에, 전자 수송을 통해 전극부(20)의 전기적인 감도를 향상시키는 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.The electrode protection/electron transport unit 30 may be provided to protect the electrodes constituting the electrode unit 20 and to improve electrical sensitivity of the electrode unit 20 through electron transport. there is.

일 실시 예에 있어서, 전극보호/전자수송부(30)는, 전극부(20) 상에 형성되는 것일 수 있으며, 다른 실시 예에 있어서는, 전극부 및 전극부 외곽의 기판의 일부 영역 상에 형성되는 것일 수 있다.In one embodiment, the electrode protection/electron transport unit 30 may be formed on the electrode unit 20, and in another embodiment, it may be formed on the electrode unit and a partial area of the substrate outside the electrode unit. it could be

전극보호/전자수송부(30)는, 전자 수송 기능을 위한 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하며, 상기 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량은, 전극보호/전자수송부(30)의 전체 중량에 대하여 0.1중량% 이상 2.0중량% 미만으로 포함되는 것일 수 있다. 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량이 상기 범위일 경우, 전자 수송 기능 향상에 의한 감도 향상 효과를 기대할 수 있으며, 금속성인 전극부의 산화로 인한 부식 방지 및 신뢰성의 측면에서 이점이 있다.The electrode protection/electron transport unit 30 includes Prussian blue for an electron transport function, and the content of the Prussian blue is based on the total weight of the electrode protection/electron transport unit 30. It may be included in 0.1% by weight or more and less than 2.0% by weight relative to. When the content of Prussian blue is in the above range, an effect of improving sensitivity by improving electron transport function can be expected, and there are advantages in terms of corrosion prevention and reliability due to oxidation of metallic electrode parts.

전극보호/전자수송부(30)에 포함된 프러시안 블루(Prussian blue)는, 전자 수송 기능을 수행할 수 있으나, 헥사시아노철(II)산철(III)칼륨이 주 성분인 청색 안료로서, 높은 산화성을 나타내게 되어, 바이오센서의 감도를 향상시킬 수 있음과 동시에, 하부에 위치한 금속성의 전극부(20)가 산화되어 부식될 수 있다. 따라서, 프러시안 블루(Prussian blue)에 의한 전극부의 산화를 방지하기 위하여, 전극보호/전자수송부(30)는, 카본(carbon) 등을 포함하는 것일 수 있으며, 일 실시 예에 있어서, 전극보호/전자수송부(30)는, 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하는 카본 페이스트(carbon paste)일 수 있다.Prussian blue included in the electrode protection/electron transport unit 30 can perform an electron transport function, but is a blue pigment whose main component is potassium hexacyanoferrous (II) oxide iron (III). Due to its oxidative properties, the sensitivity of the biosensor can be improved, and at the same time, the metallic electrode part 20 located at the lower side can be oxidized and corroded. Therefore, in order to prevent oxidation of the electrode part by Prussian blue, the electrode protection/electron transport unit 30 may include carbon or the like, and in one embodiment, the electrode protection/electron transport unit 30 The electron transport unit 30 may be a carbon paste containing Prussian blue.

본 발명의 바이오센서는, 전극보호/전자수송부(30) 상에 효소층(40)을 더 포함할 수 있다.The biosensor of the present invention may further include an enzyme layer 40 on the electrode protection/electron transport unit 30 .

상기 효소층(40)은, 시료에 포함된 분석물(검출 대상 물질)과 반응하기 위하여 분석물과 특이적으로 반응하는 효소를 포함하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.The enzyme layer 40 may be provided to include an enzyme that specifically reacts with the analyte (substance to be detected) included in the sample.

효소층(40)에 포함되는 효소는, 시료에 포함된 분석물과 결합하여 효소-기질 복합체를 형성하여 화학 반응의 활성화 에너지를 낮춤으로써 물질대사의 속도를 증가시키는 생체 촉매이면 특별히 한정되지 않는다. 상기 효소는 바이오센서가 측정하고자 하는 분석물에 따라 변경될 수 있으며, 락트산 산화효소(Lactate oxidase), 글루코스 산화 효소(Glucose oxidase), 콜레스테롤 산화 효소(Cholesterol oxidase), 아스코빅산 산화 효소(Ascrobic oxidase), 요산 산화 효소(Urate oxidase), 및 알코올 산화 효소(Alcohol oxidase)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있는 산화 효소; 또는 락테이트 탈수소 효소(Lactate dehydronase), 글루코스 탈수소 효소(Glucose dehydronase), 글루탐산 탈수소 효소(Glutamaate dehydronase), 및 알코올 탈수소 효소(Alcohol dehydronase)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있는 탈수소 효소일 수 있으며, 바람직하게는, 글루코스 산화 효소(Glucose oxidase) 또는 클루코스 탈수소 효소(Glucose dehydronase)를 포함하는 것일 수 있다.The enzyme included in the enzyme layer 40 is not particularly limited as long as it is a biocatalyst that increases the rate of metabolism by lowering the activation energy of a chemical reaction by forming an enzyme-substrate complex by combining with an analyte included in the sample. The enzymes may be changed according to the analyte to be measured by the biosensor, and include lactate oxidase, glucose oxidase, cholesterol oxidase, and ascorbic acid oxidase. , uric acid oxidase (Urate oxidase), and alcohol oxidase (Alcohol oxidase) an oxidase that may include one or more selected from the group consisting of; Or a dehydrogenase that may include at least one selected from the group consisting of lactate dehydronase, glucose dehydronase, glutamaate dehydronase, and alcohol dehydronase It may be, preferably, may include glucose oxidase or glucose dehydronase.

본 발명의 일 실시 예인 글루코스 센서를 예를 들어, 효소층(40)에서의 반응 및 전극부(20)의 신호 감지 원리를 설명하면 다음과 같다.Taking the glucose sensor as an embodiment of the present invention as an example, the reaction in the enzyme layer 40 and the signal detection principle of the electrode unit 20 will be described as follows.

측정 대상 물질인 시료를 글루코스 센서에 주입하면, 시료에 포함되어 있는 글루코스가 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소에 의하여 산화되고, 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소는 환원된다. 이때, 전자전달매개체는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 산화시키고, 자신은 환원된다. 환원된 전자전달매개체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 시료 내의 글루코스 농도는 전자전달매개체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량 내지 전류밀도에 비례하므로, 이 전류량 내지 전류밀도를 측정함으로써 글루코스 농도를 측정할 수 있다.When a sample to be measured is injected into the glucose sensor, glucose contained in the sample is oxidized by glucose oxidase or glucose dehydrogenase, and glucose oxidase or glucose dehydrogenase is reduced. At this time, the electron transfer mediator oxidizes glucose oxidase or glucose dehydrogenase, and itself is reduced. The reduced electron transfer mediator loses electrons on the electrode surface to which a certain voltage is applied and is oxidized again electrochemically. Since the glucose concentration in the sample is proportional to the current amount or current density generated in the course of oxidation of the electron transfer mediator, the glucose concentration can be measured by measuring the current amount or current density.

본 발명의 바이오센서는, 효소층(40) 상에 이온 중합체 막(50)을 더 포함할 수 있다.The biosensor of the present invention may further include an ionic polymer membrane 50 on the enzyme layer 40 .

상기 이온 중합체 막(50)은, 시료에 포함되어 있는 물질들 중, 측정 대상 물질(분석물)만을 통과시킴으로써, 외부 불순물 이온의 침투를 방지하여, 효소층(40)의 산화효소 내지 탈수소 효소를 보호하는 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.The ionic polymer membrane 50 passes only the substance to be measured (analyte) among the substances included in the sample, thereby preventing the permeation of external impurity ions, thereby reducing the oxidase or dehydrogenase of the enzyme layer 40. It may be provided to perform a role of protection.

이온 중합체 막(50)은, 구조 내에 설폰산으로부터 유도된 작용기를 포함하는 플루오로 공중합체를 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는, 나피온(nafion)을 포함하는 것일 수 있다.The ionic polymer membrane 50 may include a fluorocopolymer having a functional group derived from sulfonic acid in its structure, and may preferably include Nafion.

본 발명의 바이오센서는, 일 실시 예에 있어서, 작업전극(20-1)과, 기준전극(20-2)의 일측으로부터 분기되어 바이오센서의 말단부를 향해 연장되는 배선부(60)와, 이를 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(70)을 더 포함하는 것일 수 있다.The biosensor of the present invention, in one embodiment, includes a working electrode 20-1 and a wiring part 60 branching from one side of the reference electrode 20-2 and extending toward the distal end of the biosensor; It may further include an insulating layer 70 for electrically insulating.

상기 배선부(60)는, 바이오센서에 전압을 인가하기 위한 수단 및 전극부에 있어서의 전류밀도를 측정하기 위한 수단과 연결하기 위한 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것일 수 있다.The wiring part 60 may be provided to perform a role of connecting a means for applying a voltage to the biosensor and a means for measuring current density in the electrode part.

상기 배선부(60)는, 금(Au); 은(Ag); 구리(Cu); 백금(Pt); 티타늄(Ti); 니켈(Ni); 주석(Sn); 몰리브덴(Mo); 팔라듐(Pd); 코발트(Co); 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있고, 예를 들어, 은-팔라듐-구리 합금(APC)일 수 있으나, 전기적 신호의 전달을 가능하게 하는 것이면 특별히 제한되지 않는다.The wiring part 60 may include gold (Au); silver (Ag); copper (Cu); platinum (Pt); titanium (Ti); nickel (Ni); tin (Sn); molybdenum (Mo); palladium (Pd); cobalt (Co); And one or more selected from the group consisting of alloys thereof may be used, for example, it may be a silver-palladium-copper alloy (APC), but it is not particularly limited as long as it enables transmission of electrical signals.

본 발명의 바이오센서에 있어서, 시료는 혈액, 체액(침, 땀, 눈물 등), 뇨 등의 생체 시료일 수 있으며, 그 외의 액체시료일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the biosensor of the present invention, the sample may be a biological sample such as blood, bodily fluid (saliva, sweat, tears, etc.), urine, or other liquid sample, but is not limited thereto.

본 발명의 바이오센서에 있어서, 분석물(검출 대상 물질)은, 글루코스, 락트산, 요산 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the biosensor of the present invention, the analyte (substance to be detected) may be glucose, lactic acid, uric acid, etc., but is not limited thereto.

<검량선의 기울기><Slope of calibration curve>

본 발명의 바이오센서는, 분석물(analyte)의 농도에 대한 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기가, 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.In the biosensor of the present invention, the slope of the calibration curve of the measured current density with respect to the concentration of the analyte may satisfy Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

-60.728μ2+341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ2+341.56μ+22.199-60.728μ 2 +341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ 2 +341.56μ+22.199

상기 ω는 nA/mm2·mM로 나타내는 검량선의 기울기이고; 상기 μ는, 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대한, 중량%로 나타내어지는 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량이며; 상기 ω의 최소값은 0을 초과하는 수이다.ω is the slope of the calibration curve represented by nA/mm 2 ·mM; wherein μ is the content of Prussian blue expressed as a weight percent with respect to the total weight of the electrode protection/electron transport part; The minimum value of ω is a number greater than zero.

상기 「ω」로 나타내어지는 검량선의 기울기는, 바이오센서의 전극부에 주입되는 시료에 포함된 분석물(analyte)의 농도(mM)와, 해당 농도에 대한 측정전류밀도(nA/mm2)로 나타내어지는, 특정 농도 범위의 1차식으로 표현되는 검량선의 기울기를 나타낸다.The slope of the calibration curve represented by “ω” is the concentration (mM) of the analyte contained in the sample injected into the electrode part of the biosensor and the measured current density (nA/mm 2 ) for that concentration. Indicates the slope of the calibration curve expressed by a linear equation for a specific concentration range.

상기 시료에 포함된 분석물(analyte)의 농도는, 0.5mM 이하인 것이 바람직하며, 신뢰성의 측면에서, 더욱 바람직하게는, 0.1mM 내지 0.3mM일 수 있다.The concentration of the analyte included in the sample is preferably 0.5 mM or less, and more preferably, in terms of reliability, may be 0.1 mM to 0.3 mM.

상기 측정전류밀도는, 일 실시 예에 있어서, 하기 <바이오센서 신호 측정방법>에 기술된 방법에 의해 측정되어진 전류밀도일 수 있으며, 신뢰성의 측면에서, 포화상태의 전류밀도인 것이 바람직하다.In an embodiment, the measured current density may be a current density measured by a method described in <Method of Measuring a Biosensor Signal> , and is preferably a current density in a saturation state in terms of reliability.

상기 분석물의 농도에 대한 측정전류로 나타내어지는 검량선의 결정계수(R2)는, 신뢰성의 측면에서, 0.8 이상인 것이 바람직하며, 0.9 이상인 것이 더욱 바람직하다.The coefficient of determination (R 2 ) of the calibration curve represented by the measurement current for the concentration of the analyte is preferably 0.8 or more, more preferably 0.9 or more, from the viewpoint of reliability.

상기 「μ」로 나타내어지는 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량은, 전술한바와 같이, 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대하여 0.1중량% 이상 2.0중량% 미만인 것이 바람직하다. As described above, the content of Prussian blue represented by "μ" is preferably 0.1% by weight or more and less than 2.0% by weight with respect to the total weight of the electrode protection/electron transport part.

해당 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 기술자가 본 발명을 명확하게 이해하고 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 일 실시 예를 들어, 상기 식 1로 표시되어지는 파라미터에 대하여 설명하면 다음과 같다.In order for those skilled in the art to clearly understand and easily implement the present invention in the technical field to which the corresponding invention pertains, parameters represented by Equation 1 will be described as an example.

전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대하여, 0.3중량%의 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하는 바이오센서를 준비한다.A biosensor containing 0.3% by weight of Prussian blue based on the total weight of the electrode protection/electron transport unit was prepared.

식 1에 의해 계산된, 상기 바이오센서의 검량선 기울기의 하한 값은, 「-60.728·(0.3)2+341.56·(0.3)-77.801」로 19.20148이고, 상한값은, 「-60.728·(0.3)2+341.56·(0.3)+22.199」로 119.20148이다.The lower limit of the slope of the calibration curve of the biosensor, calculated by Equation 1, is 19.20148 as “-60.728·(0.3) 2 +341.56·(0.3)-77.801”, and the upper limit is “-60.728·(0.3) 2 +341.56·(0.3)+22.199”, which is 119.20148.

분석물의 농도가 각각 0.1mM, 0.15mM, 0.2mM, 0.25mM, 0.3mM인 시료를 상기 바이오센서에 주입하여, 포화상태에서 측정된 전류밀도(nA/mm2)값을 도시하여, 검량선을 작성한다.Samples with concentrations of 0.1mM, 0.15mM, 0.2mM, 0.25mM, and 0.3mM of the analyte were injected into the biosensor, and the current density (nA/mm 2 ) value measured in the saturation state was plotted to prepare a calibration curve. do.

상기 작성된 검량선의 기울기가, 19.20148 내지 119.20148일 경우, 상기 식 1을 만족하는 바이오센서에 해당한다.When the slope of the calibration curve prepared above is 19.20148 to 119.20148, it corresponds to a biosensor that satisfies Equation 1 above.

상기 작성된 검량선의 기울기를, 전극보호/전자수송부에 포함된 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량에 따라 연속적으로 표시하면, 도 1에 도시된 것과 같은 일정한 영역(S)으로 표시될 수 있다.If the slope of the calibration curve prepared above is continuously displayed according to the content of Prussian blue included in the electrode protection/electron transport unit, it can be displayed as a constant area (S) as shown in FIG.

본 발명의 다른 실시 예에 있어서, 바이오센서의 정확성을 보다 향상시키기 위하여, 분석물(analyte)의 농도에 대한 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기가, 하기 식 2를 만족하는 것일 수 있다.In another embodiment of the present invention, in order to further improve the accuracy of the biosensor, the slope of the calibration curve of the measured current density with respect to the concentration of the analyte may satisfy Equation 2 below.

[식 2][Equation 2]

-60.728μ2+341.56μ-52.801 ≤ ω ≤ -60.728μ2+341.56μ-2.801-60.728μ 2 +341.56μ-52.801 ≤ ω ≤ -60.728μ 2 +341.56μ-2.801

상기 ω와 μ는, 상기 [식 1]에 정의된 것과 같다.The ω and μ are as defined in [Equation 1] above.

본 발명에 의하면, 상기 식 1 및 식 2에 나타내어진 것과 같이, 시료에 포함된 분석물의 농도와 측정전류밀도로 나타내어지는 검량선의 기울기가, 전극보호/전자수송부에 포함된 프러시안 블루(Prussian blue)의 함량에 대한 함수 범위에 포함될 수 있도록 바이오센서를 설계함으로써, 저농도의 시료에 대해서도, 단시간에 높은 정확도와 정밀도로 측정이 가능한 바이오센서의 제작이 가능하다.According to the present invention, as shown in Equations 1 and 2 above, the slope of the calibration curve represented by the concentration of the analyte contained in the sample and the measured current density is the Prussian blue ), it is possible to manufacture a biosensor capable of measuring with high accuracy and precision in a short time even for a low-concentration sample by designing the biosensor to be included in the function range for the content of.

<바이오센서 제조방법><Method of manufacturing biosensor>

본 발명의 바이오센서 제조방법은, 기판에 전극부를 형성하는 단계(a); 상기 전극부 상에 전극보호/전자수송부를 형성하는 단계(b); 상기 전극보호/전자수송부 상에 효소층을 형성하는 단계(c); 상기 효소층 상에 이온 중합체 막을 형성하는 단계(d)를 포함할 수 있다.The biosensor manufacturing method of the present invention includes the steps of forming an electrode unit on a substrate (a); Forming an electrode protection/electron transport part on the electrode part (b); Forming an enzyme layer on the electrode protection/electron transport unit (c); A step (d) of forming an ionic polymer film on the enzyme layer may be included.

상기 단계(a)는, 스크린 인쇄, 활판 인쇄, 음각 인쇄, 평판 인쇄 및 포토리소그래피(photolithography)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 공정을 포함하여 수행되는 것일 수 있다.The step (a) may be performed by including one or more processes selected from the group consisting of screen printing, letterpress printing, intaglio printing, lithography, and photolithography.

일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 상기 단계(a)는 포토리소그래피(photolithography)공정을 수행하여 배선부를 형성하는 것이 바람직하며, 각각의 전극은 스크린 인쇄, 활판 인쇄, 음각 인쇄, 및 평판 인쇄로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 스크린 인쇄일 수 있다.In one or more embodiments, in step (a), it is preferable to perform a photolithography process to form a wiring part, and each electrode is formed by screen printing, letterpress printing, intaglio printing, and lithographic printing. It may be performed by any one selected from the group, and preferably may be screen printing.

상기 포토리소그래피(photolithography)는 기판 상에 카본 페이스트 및/또는 금속 막을 형성하고 마스크를 통해 이를 패터닝 함으로써 배선을 일체로 형성하는 방법일 수 있다.The photolithography may be a method of integrally forming a wire by forming a carbon paste and/or a metal film on a substrate and patterning the film through a mask.

상기 단계(b), 단계(c) 및 단계(d)는, 흐름코팅(flow coating), 잉크젯(ink jet), 및 드롭 캐스팅(drop casting)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 수행될 수 있으며, 드롭 캐스팅(drop casting)인 것이 더욱 바람직하다.The steps (b), (c) and (d) may be performed by any one selected from the group consisting of flow coating, ink jet, and drop casting, It is more preferable that it is drop casting.

상기 제조방법에 의해 제조되는 바이오센서는, 상기 항목 <바이오센서>에서 서술한 모든 특성을 나타내는 것일 수 있다.The biosensor manufactured by the above manufacturing method may exhibit all the characteristics described in the above item <biosensor> .

<바이오센서 신호 측정방법><Method of measuring biosensor signal>

본 발명은, 상기 바이오센서 제조방법으로 제조된 바이오센서를 이용한 분석물의 전기화학적 신호 측정방법을 포함한다.The present invention includes a method for measuring an electrochemical signal of an analyte using a biosensor manufactured by the biosensor manufacturing method.

본 명세서에 있어서 「전기 화학적으로 측정한다」란, 전기 화학적인 측정 수법을 적용하여 측정하는 것을 말하며, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 전류 측정법, 전위차 측정법, 전량 분석법 등을 들 수 있고, 바람직하게는 전류 측정법일 수 있다.In this specification, “electrochemical measurement” refers to measurement by applying an electrochemical measurement method, and in one or more embodiments, an amperometric method, a potentiometric method, a coulometric method, etc. are mentioned, and preferably Preferably, it may be an amperometric method.

본 개시의 바이오센서 신호 측정방법은, 일 실시 예에 있어서, 시료와의 접촉 후에 상기 작업전극과 기준전극을 포함하는 전극부에 전압을 인가하는 것, 상기 인가 시에 방출되는 응답 전류치를 측정하는 것, 및, 상기 응답 전류치에 기초하여 상기 시료 중의 검출 대상 물질의 전기화학적 신호를 산출하는 것을 포함할 수 있다. 인가 전압으로서는 특별히 제한되는 것은 아니나, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 은-염화은 전극(Ag/AgCl 전극)을 기준으로, -500 내지 +500mV일수 있으며 바람직하게는 -200 내지 +200 mV일수 있다. In an embodiment, the method for measuring a biosensor signal of the present disclosure includes applying a voltage to an electrode unit including the working electrode and a reference electrode after contact with a sample, and measuring a response current value emitted when the voltage is applied. and calculating an electrochemical signal of the substance to be detected in the sample based on the response current value. The applied voltage is not particularly limited, but in one or more embodiments, it may be -500 to +500 mV, preferably -200 to +200 mV based on the silver-silver chloride electrode (Ag / AgCl electrode) .

본 개시의 바이오센서 신호 측정방법은, 일 실시 예에 있어서, 상기 시료와 접촉 후 소정 시간 비인가의 상태로 유지한 후, 상기 전극부에 전압을 인가해도 되고, 상기 시약과의 접촉과 동시에 전극부에 전압을 인가해도 된다.In the method for measuring a biosensor signal of the present disclosure, in an embodiment, a voltage may be applied to the electrode part after contacting the sample and maintaining it in an unapplied state for a predetermined time, and the electrode part simultaneously with the contact with the reagent. A voltage may be applied to

본 개시의 바이오센서 신호 측정방법에 의하면, 시료에 포함된 저농도의 분석물에 대해서도, 높은 정확도로 측정 소요시간을 감소시킬 수 있다.According to the biosensor signal measuring method of the present disclosure, even for a low-concentration analyte included in a sample, it is possible to reduce the measurement time with high accuracy.

<바이오센서 신호 측정시스템><Biosensor signal measurement system>

본 발명은, 일 실시 예에 있어서, 상기 바이오센서와, 상기 바이오센서의 전극부에 전압을 인가하는 수단과, 전극부에 있어서의 전류를 측정하기 위한 수단을 포함하는, 시료 중의 분석물의 전기화학적 신호를 측정하기 위한 바이오센서의 전기화학적 신호 측정시스템에 관한 것이다.In one embodiment, the present invention provides an electrochemical analysis of an analyte in a sample, including the biosensor, a means for applying a voltage to an electrode part of the biosensor, and a means for measuring a current at the electrode part. It relates to an electrochemical signal measuring system of a biosensor for measuring a signal.

본 발명의 바이오센서 신호 측정시스템에 의하면, 시료에 포함된 저농도의 분석물에 대해서도, 높은 정확도를 가지고, 단시간에 측정이 가능해 진다.According to the biosensor signal measurement system of the present invention, even low-concentration analytes included in a sample can be measured with high accuracy and in a short time.

인가 수단으로서는, 바이오센서의 전극부와 도통하고, 전압을 인가 가능하면 특별히 제한되는 것은 아니며, 공지의 인가 수단을 사용할 수 있다. 인가 수단으로서는, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 바이오센서의 전극부와 접촉 가능한 접촉자, 및 직류 전원 등의 전원 등을 포함할 수 있다.The applying means is not particularly limited as long as it is conductive to the electrode part of the biosensor and can apply a voltage, and a known applying means can be used. As the applying means, in one or more embodiments, a contactor capable of contacting the electrode portion of the biosensor, a power source such as a DC power supply, and the like can be included.

측정 수단은, 전압 인가 시에 발생한 전극부에 있어서의 복수의 전류를 측정하기 위한 것으로서, 일 또는 복수의 실시 형태에 있어서, 바이오센서의 전극부로부터 방출되는 전자의 양에 상관하는 응답 전류치를 측정 가능한 것이면 되고, 종래 또는 이후 개발되는 바이오센서에 사용되고 있는 것을 사용할 수 있다.The measuring means is for measuring a plurality of currents in the electrode portion generated when voltage is applied, and in one or more embodiments, a response current value correlated with the amount of electrons emitted from the electrode portion of the biosensor is measured. Anything that is possible can be used, and those used in biosensors conventionally or later developed can be used.

이하, 구체적으로 본 발명의 실시예를 기재한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

<실시 예 및 비교 예><Examples and Comparative Examples>

실시예 1Example 1

기판 상에 약 2000Å 두께의 Ag 합금층과 약 500Å 두께의 IZO 금속 보호층은 포토리소그래피 법을 이용하여 패터닝 한 후 약 10㎛ 두께의 카본 페이스트 전극층(프러시안 블루 포함)을 스크린 인쇄법으로 인쇄하였으며, 상기 프러시안 블루의 함량은 카본페이스트 총 중량에 대하여 0.3 중량%이다. 이 위에 글루코스 산화효소가 키토산으로 고정된 효소층을 순서대로 적층하여 작업 전극을 형성하였다.On the substrate, a Ag alloy layer with a thickness of about 2000 Å and a protective layer of IZO metal with a thickness of about 500 Å were patterned using photolithography, and then a carbon paste electrode layer (including Prussian blue) with a thickness of about 10 μm was screen-printed. , The content of the Prussian blue is 0.3% by weight based on the total weight of the carbon paste. On this, an enzyme layer in which glucose oxidase was immobilized with chitosan was sequentially stacked to form a working electrode.

기판 상에 작업 전극과 이격하여 Ag/AgCl 기준 전극을 형성하여 실시예 1의 바이오 센서를 제작하였다.The biosensor of Example 1 was fabricated by forming an Ag/AgCl reference electrode on a substrate spaced apart from the working electrode.

실시예 2Example 2

프러시안 블루의 함량이 카본페이스트 총 중량에 대하여 0.5중량%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시예 2의 바이오센서를 제작하였다.The biosensor of Example 2 was manufactured in the same manner as Example 1, except that the content of Prussian blue was 0.5% by weight based on the total weight of the carbon paste.

실시예 3Example 3

프러시안 블루의 함량이 카본페이스트 총 중량에 대하여 1.0중량%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시예 3의 바이오센서를 제작하였다.The biosensor of Example 3 was manufactured in the same manner as Example 1, except that the content of Prussian blue was 1.0% by weight based on the total weight of the carbon paste.

비교예 1Comparative Example 1

프러시안 블루의 함량이 카본페이스트 총 중량에 대하여 3.0중량%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 비교예 1의 바이오센서를 제작하였다.A biosensor of Comparative Example 1 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content of Prussian Blue was 3.0% by weight based on the total weight of the carbon paste.

비교예 2Comparative Example 2

프러시안 블루의 함량이 카본페이스트 총 중량에 대하여 5.0중량%인 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 비교예 2의 바이오센서를 제작하였다.A biosensor of Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as in Example 1, except that the content of Prussian Blue was 5.0% by weight based on the total weight of the carbon paste.

<실험 예 1>: 선형 회귀선의 기울기, 정확성 및 정밀성 평가<Experimental Example 1>: Evaluation of slope, accuracy and precision of linear regression line

상기 실시예와 비교예의 바이오센서를 하기 방법으로 측정하였다.The biosensors of Examples and Comparative Examples were measured by the following method.

시료로는 0.1 내지 0.3mM의 글루코스를 인산완충식염수(PBS)에 용해한 시료를 만들어 측정하였으며, 이때 사용되는 시료의 부피는 30㎕이지만 이는 전극 표면에 도포한 충분한 양으로 기준전극과 작업전극 위에 도포되는 양이라면 한정되지 않는다. 이를 전기화학측정장비 CHI630E를 사용하여 일정 전압을 인가하고, 그에 따른 전류의 변화를 측정하여, 프러시안 블루 함량에 따른 선형 회귀선의 기울기, 정확성 및 정밀성 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.As a sample, a sample in which 0.1 to 0.3 mM glucose was dissolved in phosphate buffered saline (PBS) was made and measured. The volume of the sample used at this time is 30 μl, but it is applied on the reference electrode and the working electrode in a sufficient amount applied to the electrode surface. The quantity is not limited. A constant voltage was applied to this using an electrochemical measuring instrument CHI630E, and a corresponding change in current was measured. The slope, accuracy, and precision evaluation results of the linear regression line according to the Prussian blue content are shown in Table 1 below.

<실험 예 2>: 측정시간에 따른 전류치 및 안정화 지수 평가<Experimental Example 2>: Evaluation of current value and stabilization index according to measurement time

상기 실시예 2 및 비교예 1의 바이오센서를 하기 방법으로 측정하였다.The biosensors of Example 2 and Comparative Example 1 were measured by the following method.

시료로는 0.1mM의 글루코스를 인산완충식염수(PBS)에 용해한 시료로 5개의 샘플을 제작하여 측정하였으며, 이때 사용되는 시료의 부피는 30㎕이지만 이는 전극 표면에 도포한 충분한 양으로 기준전극과 작업전극 위에 도포되는 양이라면 한정되지 않는다. 이를 전기화학측정장비 CHI630E를 사용하여 일정 전압을 인가하고, 그에 따른 전류의 변화를 시간대별로 측정하여, 도 5에 나타내었다.As a sample, five samples were prepared and measured by dissolving 0.1 mM glucose in phosphate buffered saline (PBS). Any amount applied on the electrode is not limited. A constant voltage was applied using an electrochemical measuring device CHI630E, and the corresponding change in current was measured for each time period, and is shown in FIG. 5 .

또한, 특정 시간에서 측정된 전류치(It)에서 안정화 상태에서 측정된 전류치(Is)를 뺀 값을 안정화 상태에서 측정된 전류치(Is)로 나누고, 100을 곱하여 계산된 안정화 지수를, 측정 시간대별로 계산하여, 도 6에 나타내었다.In addition, the value obtained by subtracting the current value (I s ) measured in the stabilization state from the current value (I t ) measured at a specific time is divided by the current value (I s ) measured in the stabilization state, and the stabilization index calculated by multiplying by 100 is measured. It was calculated for each time period and is shown in FIG. 6 .

상기 안정화 지수가 작을수록, 바이오센서의 정밀성이 향상되는 것을 의미하므로, 동일한 시간에 측정된, 서로 다른 바이오센서 중 안정화 지수의 값이 작은 바이오센서가 측정시간이 더욱 단축되고, 정밀도가 향상됨을 나타낸다.The smaller the stabilization index, the higher the accuracy of the biosensor. Therefore, among different biosensors measured at the same time, a biosensor with a smaller stabilization index value shows that the measurement time is further shortened and the precision is improved. .

안정화지수 = {(It - Is) / Is} * 100Stability index = {(I t - I s ) / I s } * 100

Figure 112020091886042-pat00001
Figure 112020091886042-pat00001

상기 표 1을 참조하면, 프러시안 블루 함량에 따른 검량선의 기울기가 본 발명의 개시된 범위에 해당하는 실시예 1 내지 3의 바이오센서를 이용하여 글루코스 농도를 측정한 경우, 결정 계수(coefficient of determination; R2)가 0.84 이상, 최대 0.98로, 검량선의 기울기가 본 발명의 개시된 범위를 벗어나는 비교예 1 및 비교예 2의 바이오센서 대비 정확성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 상대 표준 편차(Relative Standard Deviation; RSD)의 백분율을 보면, 실시예 1 내지 3의 바이오센서가 비교예 1 및 2의 바이오센서 대비 우수한 정밀성을 나타내는 것을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, when the glucose concentration was measured using the biosensor of Examples 1 to 3, the slope of the calibration curve corresponding to the Prussian blue content corresponding to the range disclosed in the present invention, the coefficient of determination (coefficient of determination; R 2 ) is 0.84 or more, up to 0.98, it can be seen that the accuracy is improved compared to the biosensors of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, in which the slope of the calibration curve is outside the range disclosed in the present invention. Looking at the percentage of relative standard deviation (RSD), it can be seen that the biosensors of Examples 1 to 3 exhibit superior precision compared to the biosensors of Comparative Examples 1 and 2.

또한, 도 5 및 6을 참조하면, 동시간대 측정된 전류치의 안정화 지수가 비교예 1(PB 3%)의 바이오센서가 실시예 2(PB 0.5%)의 바이오센서 대비 약 10배이상 크고, 측정시간 60sec대의 데이터간의 산포를 비교하면 비교예 1(PB 3%)의 바이오센서가 안정화가 완전히 이루어지지 않아 60sec대 샘플간의 측정 전류 산포치가 실시예 2(PB 0.5%)의 바이오센서 대비 크다는 것을 알 수 있다. 즉, 실시예 2(PB 0.5%)의 바이오센서의 경우, 비교예 1(PB 3%)의 바이오센서 대비 상대적으로 측정시간이 단축되고, 정밀도가 향상됨을 알 수 있다.In addition, referring to FIGS. 5 and 6, the stabilization index of the current value measured at the same time is about 10 times greater than the biosensor of Example 2 (0.5% PB) in the biosensor of Comparative Example 1 (PB 3%). Comparing the spread between the data of the 60sec time range, it can be seen that the biosensor of Comparative Example 1 (PB 3%) is not completely stabilized, so the measured current spread between the samples in the 60sec range is larger than that of the biosensor of Example 2 (PB 0.5%). can That is, in the case of the biosensor of Example 2 (PB 0.5%), it can be seen that the measurement time is relatively shortened and the accuracy is improved compared to the biosensor of Comparative Example 1 (PB 3%).

10: 기판 20: 전극부
30: 전극보호/전자수송부 40: 효소층
50: 이온 중합체 막 60: 배선부
70: 절연막
10: substrate 20: electrode part
30: electrode protection / electron transport unit 40: enzyme layer
50: ionic polymer film 60: wiring part
70: insulating film

Claims (9)

기판;
상기 기판 상에 형성된 전극부; 및
상기 전극부 상에 형성된 전극보호/전자수송부를 포함하는 바이오센서로,
상기 전극보호/전자수송부는, 프러시안 블루(Prussian blue)를 포함하며,
분석물(analyte)의 농도에 대한 측정전류밀도의 검량선이 나타내는 기울기가 하기 식 1을 만족하는, 바이오센서.
[식 1]
-60.728μ2+341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ2+341.56μ+22.199
상기 ω는 nA/mm2·mM로 나타내는 검량선의 기울기이고;
상기 μ는, 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대한, 중량%로 나타내어지는 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량이며;
상기 ω의 최소값은 0을 초과하는 수이다.
Board;
an electrode unit formed on the substrate; and
A biosensor including an electrode protection/electron transport unit formed on the electrode unit,
The electrode protection/electron transport unit includes Prussian blue,
A biosensor in which the slope of the calibration curve of the measured current density for the concentration of the analyte satisfies Equation 1 below.
[Equation 1]
-60.728μ 2 +341.56μ-77.801 ≤ ω ≤ -60.728μ 2 +341.56μ+22.199
ω is the slope of the calibration curve represented by nA/mm 2 ·mM;
wherein μ is the content of Prussian blue expressed as a weight percent with respect to the total weight of the electrode protection/electron transport part;
The minimum value of ω is a number greater than zero.
청구항 1에 있어서, 상기 검량선의 결정계수(R2)의 값이, 0.8 이상인, 바이오센서.
The biosensor according to claim 1, wherein the value of the coefficient of determination (R 2 ) of the calibration curve is 0.8 or more.
청구항 1에 있어서, 상기 전극보호/전자수송부의 전체 중량에 대한, 상기 프러시안 블루(Prussian blue)의 함유량(μ)은, 0.1중량% 이상 2.0중량% 미만인, 바이오센서.
The biosensor according to claim 1, wherein the Prussian blue content (μ) is greater than or equal to 0.1% by weight and less than 2.0% by weight relative to the total weight of the electrode protection/electron transport unit.
청구항 1에 있어서, 상기 분석물(analyte)의 농도는, 0.1mM 내지 0.3mM인, 바이오센서.
The biosensor of claim 1, wherein the concentration of the analyte is 0.1 mM to 0.3 mM.
청구항 1에 있어서, 상기 전극부는, 금(Au); 은(Ag); 구리(Cu); 백금(Pt); 티타늄(Ti); 니켈(Ni); 주석(Sn); 몰리브덴(Mo); 팔라듐(Pd); 코발트(Co); 및 이들의 합금; 파이로리틱그래파이트(pyrolytic graphite); 글래시카본(galssy carbon); 카본페이스트 (carbon paste); 퍼플루오로카본(PFC); 및 카본나노튜브(CNT)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하는, 바이오센서.
The method according to claim 1, wherein the electrode unit, gold (Au); silver (Ag); copper (Cu); platinum (Pt); titanium (Ti); nickel (Ni); tin (Sn); molybdenum (Mo); palladium (Pd); cobalt (Co); and alloys thereof; pyrolytic graphite; glassy carbon; carbon paste; perfluorocarbons (PFCs); And a biosensor comprising at least one member selected from the group consisting of carbon nanotubes (CNTs).
청구항 1에 있어서, 상기 전극보호/전자수송부 상에 효소층을 더 포함하는, 바이오센서.
The biosensor according to claim 1, further comprising an enzyme layer on the electrode protection/electron transport unit.
청구항 6에 있어서, 상기 효소층은, 글루코스 산화 효소(Glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소 효소(Glucoase dehydronase)를 포함하는, 바이오센서.
The biosensor of claim 6, wherein the enzyme layer includes glucose oxidase or glucose dehydronase.
청구항 6에 있어서, 상기 효소층 상에 이온 중합체 막을 더 포함하는, 바이오센서.
The biosensor according to claim 6, further comprising an ionic polymer film on the enzyme layer.
청구항 8에 있어서, 상기 이온 중합체 막은, 구조 내에 설폰산으로부터 유도된 작용기를 포함하는 플루오로 공중합체를 포함하는, 바이오센서.
9. The biosensor according to claim 8, wherein the ionic polymer membrane comprises a fluoro copolymer comprising in its structure a functional group derived from sulfonic acid.
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