KR102610724B1 - Glucose sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 글루코스 센서에 관한 것이다.
본 발명은 기판, 상기 기판 상에 형성된 기준 전극과 작동 전극을 포함하는 전극부, 상기 전극부 상에 단일층으로 형성되어 있으며 상기 전극부를 보호하고 전자 수송의 기능을 수행하는 전극보호/전자수송 기능부 및 상기 전극보호/전자수송 기능부 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 기준 전극과 상기 작동 전극의 전위차인 상대전압은 -0.3V 내지 0.0V이다.
본 발명에 따르면, 글루코스에 대한 측정 민감도를 최적 범위로 균일하게 유지할 수 있다.The present invention relates to a glucose sensor.
The present invention provides a substrate, an electrode unit including a reference electrode and a working electrode formed on the substrate, and an electrode protection/electron transport function that is formed as a single layer on the electrode unit and protects the electrode unit and performs the function of electron transport. and a glucose reaction unit formed on the electrode protection/electron transport function unit, and the relative voltage, which is the potential difference between the reference electrode and the working electrode, is -0.3V to 0.0V.
According to the present invention, the measurement sensitivity for glucose can be uniformly maintained in an optimal range.
Description
본 발명은 글루코스 센서에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 글루코스에 대한 측정 민감도를 최적 범위로 균일하게 유지할 수 있는 글루코스 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a glucose sensor. More specifically, the present invention relates to a glucose sensor that can uniformly maintain the measurement sensitivity for glucose in an optimal range.
글루코스(glucose)는 대부분 유기체의 광범위한 영양 공급원이며, 에너지 공급, 탄소 저장, 생합성 및 탄소 골격 및 세포벽 형성의 기초적인 역할을 수행하는 성분으로서, 전위차 또는 전류 측정을 통해 글루코스의 농도를 측정하는 글루코스 센서에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.Glucose is a wide-ranging nutritional source for most organisms and plays a fundamental role in energy supply, carbon storage, biosynthesis, and carbon skeleton and cell wall formation. A glucose sensor measures the concentration of glucose through potential difference or current measurement. Research is being actively conducted.
글루코스 센서에 대한 대부분의 연구들은 글루코스의 글루코노락톤 (gluconolactone)으로의 산화를 촉진하는 글루코스 산화효소(glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소효소와 같은 효소의 고정에 기반을 두고 있다.Most studies on glucose sensors are based on the immobilization of enzymes such as glucose oxidase or glucose dehydrogenase, which catalyze the oxidation of glucose to gluconolactone.
이러한 글루코스 센서는 주로 혈액에 함유된 글루코스를 측정하는 침습형(Invasive)과 주로 침, 땀 등에 함유된 글루코스를 측정하는 비침습형(Non-invasive)으로 구분될 수 있다.These glucose sensors can be divided into invasive types, which mainly measure glucose contained in blood, and non-invasive types, which mainly measure glucose contained in saliva and sweat.
한편, 인체의 침, 땀 등을 시료로 하는 비침습형 글루코스 센서의 경우 시료에 포함되는 글루코스가 극소량이기 때문에, 글루코스 센서의 측정 민감도를 최적 범위로 균일하게 유지하기 어렵다는 문제점이 있다.Meanwhile, in the case of a non-invasive glucose sensor that uses human saliva, sweat, etc. as a sample, there is a problem in that it is difficult to maintain the measurement sensitivity of the glucose sensor uniformly in the optimal range because the sample contains a very small amount of glucose.
본 발명은 글루코스에 대한 측정 민감도를 최적 범위로 균일하게 유지할 수 있는 글루코스 센서를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.The technical task of the present invention is to provide a glucose sensor that can uniformly maintain the measurement sensitivity for glucose in an optimal range.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 글루코스 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 기준 전극과 작동 전극을 포함하는 전극부, 상기 전극부 상에 단일층으로 형성되어 있으며 상기 전극부를 보호하고 전자 수송의 기능을 수행하는 전극보호/전자수송 기능부 및 상기 전극보호/전자수송 기능부 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 기준 전극과 상기 작동 전극의 전위차인 상대전압은 -0.3V 내지 0.0V이다.The glucose sensor according to the present invention to solve this technical problem is formed of a substrate, an electrode portion including a reference electrode and a working electrode formed on the substrate, and a single layer on the electrode portion, and protects the electrode portion and transports electrons. It includes an electrode protection/electron transport function unit that performs the function of and a glucose reaction unit formed on the electrode protection/electron transport function unit, and the relative voltage, which is the potential difference between the reference electrode and the working electrode, is -0.3V to 0.0V. .
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 미카엘리스-멘텐 상수(Michaelis-Menten constant, KM)는 0.4mM 내지 12.2mM이다.In the glucose sensor according to the present invention, the Michaelis-Menten constant (K M ) is 0.4mM to 12.2mM.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 미카엘리스-멘텐 효소반응속도식에서의 최대반응속도(Vmax)는 3.85×10-7mM/s 내지 6.9×10-6mM/s이다.In the glucose sensor according to the present invention, the maximum reaction rate (V max ) in the Michaelis-Menten enzyme reaction rate equation is 3.85 × 10 -7 mM/s to 6.9 × 10 -6 mM/s.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전극보호/전자수송 기능부는 상기 전극부를 보호하는 전극 보호체와 상기 전자 수송의 기능을 하는 전자 수송체가 혼합된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.In the glucose sensor according to the present invention, the electrode protection/electron transport function is characterized in that it has a mixed structure of an electrode protector that protects the electrode part and an electron transporter that performs the electron transport function.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전극 보호체는 카본(carbon)을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the glucose sensor according to the present invention, the electrode protector is characterized in that it contains carbon.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전자 수송체는 프러시안 블루(prussian blue)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the glucose sensor according to the present invention, the electron transporter contains Prussian blue.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전극부는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 주석(Ni), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), APC로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the glucose sensor according to the present invention, the electrode portion includes gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), titanium (Ti), nickel (Ni), tin (Ni), and molybdenum (Mo). ), cobalt (Co), and APC.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the glucose sensor according to the present invention, the glucose reaction unit includes glucose oxidase or glucose dehydrogenase.
본 발명에 따른 글루코스 센서는 상기 글루코스 반응부 상에 형성된 이온 교환막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The glucose sensor according to the present invention is characterized by further comprising an ion exchange membrane formed on the glucose reaction unit.
본 발명에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 이온 교환막은 불순물 이온 성분의 침투를 방지하여 상기 글루코스 반응부를 구성하는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 보호하는 것을 특징으로 한다.In the glucose sensor according to the present invention, the ion exchange membrane is characterized in that it protects the glucose oxidase or glucose dehydrogenase constituting the glucose reaction unit by preventing penetration of impurity ions.
본 발명에 따르면, 글루코스에 대한 측정 민감도를 최적 범위로 균일하게 유지할 수 있는 글루코스 센서가 제공되는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of providing a glucose sensor that can uniformly maintain the measurement sensitivity for glucose in an optimal range.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 글루코스 센서의 예시적인 평면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 기질인 글루코스 농도에 따른 전압 스윙 테스트(Voltage Swing Test) 결과를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상대전압에 따른 순환 볼타모그램(Cyclic Voltamogram)을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 교정 커브(Calibration Curve)를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 라인위버-버크 플롯(Lineweaver-Burk Plot)을 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a glucose sensor according to an embodiment of the present invention,
2 is an exemplary plan view of a glucose sensor manufactured according to an embodiment of the present invention;
Figure 3 is a diagram showing the results of a voltage swing test according to the concentration of glucose, a substrate, in one embodiment of the present invention;
Figure 4 is a diagram showing a cyclic voltamogram according to relative voltage in one embodiment of the present invention;
Figure 5 is a diagram showing a calibration curve in one embodiment of the present invention;
Figure 6 is a diagram showing a Lineweaver-Burk Plot according to an embodiment of the present invention.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in this specification are merely illustrative for the purpose of explaining the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention are It may be implemented in various forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, the embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in this specification. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to specific disclosed forms, and includes all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first component may be named a second component and similarly a second component A component may also be named a first component.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be “connected” or “connected” to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to that other component, but that other components may also exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly adjacent to" should be interpreted similarly.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in this specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms as defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings they have in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted in an idealized or overly formal sense. No.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 제조된 글루코스 센서의 예시적인 평면도이다.Figure 1 is a cross-sectional view of a glucose sensor according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is an exemplary plan view of a glucose sensor manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서는 기판(10), 전극부(20), 전극보호/전자수송 기능부(30), 글루코스 반응부(50), 이온 교환막(60), 배선부(70) 및 온도 센서(100)를 포함한다.Referring to Figures 1 and 2, the glucose sensor according to an embodiment of the present invention includes a
본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서의 세부 구성요소들을 설명하기에 앞서 본 발명의 주요 내용을 먼저 설명한다.Before explaining the detailed components of the glucose sensor according to an embodiment of the present invention, the main contents of the present invention will first be described.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서에 적용되는 효소반응속도론(Enzyme Kinetics)을 설명하면 다음과 같다.First, the enzyme kinetics applied to the glucose sensor according to an embodiment of the present invention will be described as follows.
다음 수학식 1은 효소반응식을 나타내고, 수학식 2는 미카엘리스-멘텐 식(Michaelis-Menten equation)을 나타내고, 수학식 3은 라인위버-버크(Lineweaver-Burk equation) 식을 나타내고, 수학식 4는 미카엘리스-멘텐 상수(Michaelis-Menten constant)를 나타낸다.The
[수학식 1][Equation 1]
[수학식 2][Equation 2]
[수학식 3][Equation 3]
[수학식 4][Equation 4]
수학식 1 내지 4에서, E는 효소이고, S는 기질이고, ES는 효소-기질 복합체이고, P는 생성물이고, [S]는 기질인 글루코스의 농도이고, KM은 미카엘리스-멘텐 상수(Michaelis-Menten Constant)이고, VMax는 미카엘리스-멘텐 효소반응속도식에서의 최대반응속도로서, 달리 말해, 단위시간에 생성물로의 전환 속도인 턴오버 넘버(Turnover number)이다.In
KM은 기질에 대한 효소의 친화력을 의미한다. 낮은 KM은 기질-효소의 친화력이 크다는 것을 의미하며 이 경우 효소-기질 복합체(ES) 상태가 안정적이고, 높은 KM은 기질-효소의 친화력이 낮다는 것을 의미하며 이 경우 생성물(P) 생성이 촉진된다.K M refers to the affinity of the enzyme for the substrate. A low K M means that the affinity of the substrate-enzyme is high, in which case the enzyme-substrate complex (ES) state is stable, and a high K M means that the affinity of the substrate-enzyme is low, in which case product (P) is produced. This is promoted.
본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서에 따르면, 전극부를 구성하는 기준 전극과 작동 전극의 전위차인 상대전압은 -0.3V 내지 0.0V이다.According to the glucose sensor according to an embodiment of the present invention, the relative voltage, which is the potential difference between the reference electrode and the working electrode constituting the electrode unit, is -0.3V to 0.0V.
상대전압이 -0.3V 내지 0.0V의 범위를 충족하는 경우, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서에 주입되는 글루코스 농도에 따른 감지 신호의 선형성이 확보되며 민감도가 개선되며, 선형성 확보 및 민감도 개선을 위한 상대전압의 보다 바람직한 범위는 -0.2V 내지 0V이다.When the relative voltage satisfies the range of -0.3V to 0.0V, linearity of the detection signal according to the glucose concentration injected into the glucose sensor according to an embodiment of the present invention is secured and sensitivity is improved, and linearity is secured and sensitivity is improved. A more preferable range of relative voltage for is -0.2V to 0V.
상대전압이 -0.3V 미만인 경우에는, 환원성 부식으로 인해 감지 신호의 신뢰도가 저하된다. 또한, 상대전압이 0.0V를 초과하는 경우에는, 감지 신호의 선형성이 유지되지 않으며 글루코스의 농도가 높아질수록 편차가 증가한다.When the relative voltage is less than -0.3V, the reliability of the detection signal decreases due to reductive corrosion. Additionally, when the relative voltage exceeds 0.0V, the linearity of the detection signal is not maintained and the deviation increases as the glucose concentration increases.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서에 있어서, 미카엘리스-멘텐 상수(Michaelis-Menten constant, KM)는 0.4mM 내지 12.2mM일 수 있다.For example, in the glucose sensor according to an embodiment of the present invention, the Michaelis-Menten constant (K M ) may be 0.4mM to 12.2mM.
미카엘리스-멘텐 상수(KM)가 0.4mM 내지 12.2mM의 범위를 충족하는 경우, 글루코스 농도에 따른 감지 신호의 선형성이 확보되며 민감도가 개선된다.When the Michaelis-Menten constant (K M ) satisfies the range of 0.4mM to 12.2mM, linearity of the detection signal according to glucose concentration is secured and sensitivity is improved.
미카엘리스-멘텐 상수(KM)가 0.4mM 미만인 경우에는, 환원성 부식으로 인해 감지 신호의 신뢰도가 저하된다. 또한, 미카엘리스-멘텐 상수(KM)가 12.2mM를 초과하는 경우에는, 감지 신호의 선형성이 유지되지 않는다.When the Michaelis-Menten constant (K M ) is less than 0.4mM, the reliability of the detection signal decreases due to reductive corrosion. Additionally, when the Michaelis-Menten constant (K M ) exceeds 12.2mM, the linearity of the detection signal is not maintained.
예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서에 있어서, 미카엘리스-멘텐 효소반응속도식에서의 최대반응속도(Vmax)는 3.85×10-7mM/s 내지 6.9×10-6mM/s일 수 있다.For example, in the glucose sensor according to an embodiment of the present invention, the maximum reaction rate (V max ) in the Michaelis-Menten enzyme reaction rate equation is 3.85 × 10 -7 mM/s to 6.9 × 10 -6 mM/ It can be s.
최대반응속도(Vmax)가 3.85×10-7mM/s 내지 6.9×10-6mM/s의 범위를 충족하는 경우, 글루코스 농도에 따른 감지 신호의 선형성이 확보되며 민감도가 개선된다.When the maximum reaction speed (V max ) satisfies the range of 3.85×10 -7 mM/s to 6.9×10 -6 mM/s, linearity of the detection signal according to glucose concentration is secured and sensitivity is improved.
최대반응속도(Vmax)가 3.85×10-7mM/s 미만인 경우에는, 환원성 부식으로 인해 감지 신호의 신뢰도가 저하된다. 또한, 최대반응속도(Vmax)가 6.9×10-6mM/s를 초과하는 경우에는, 감지 신호의 선형성이 유지되지 않는다.If the maximum reaction speed (V max ) is less than 3.85×10 -7 mM/s, the reliability of the detection signal decreases due to reductive corrosion. Additionally, when the maximum reaction speed (V max ) exceeds 6.9×10 -6 mM/s, the linearity of the detection signal is not maintained.
기판(10)은 글루코스 센서를 구성하는 구성요소들의 구조적인 기지(base)를 제공하는 기능을 한다.The
예를 들어, 기판(10)은 유리 등과 같은 경성 재질을 갖거나 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름 형태로 구현일 수 있다. 기판(10)이 플렉서블하게 구현되는 경우 기재 필름에 적용될 수 있는 구체적인 물질의 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 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 수도 있다. 이와 같은 투명 광학 필름의 두께는 적절히 결정될 수 있지만, 일반적으로는 강도나 취급성 등의 작업성, 박층성 등을 고려하여, 1 ∼ 500㎛로 결정될 수 있다. 특히 1 ∼ 300㎛가 바람직하고, 5 ∼ 200㎛가 보다 바람직하다.For example, the
이러한 기재 필름은 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수도 있다. 첨가제로는, 예컨대 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다. 기재 필름은 필름의 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.This base film may contain one or more appropriate additives. Additives include, for example, ultraviolet absorbers, antioxidants, lubricants, plasticizers, mold release agents, anti-coloring agents, flame retardants, nucleating agents, antistatic agents, pigments, colorants, etc. The base film may have a structure that includes various functional layers such as a hard coating layer, an anti-reflection layer, and a gas barrier layer on one or both sides of the film. The functional layers are not limited to the above, and include various functional layers depending on the purpose. can do.
또한, 필요에 따라 기재 필름은 표면 처리된 것일 수 있다. 이러한 표면 처리로는 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 프라이머(primer) 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리 등을 들 수 있다.Additionally, if necessary, the base film may be surface treated. Such surface treatments include dry treatments such as plasma treatment, corona treatment, and primer treatment, and chemical treatments such as alkali treatment including saponification treatment.
전극부(20)는 기판(10) 상에 형성된 복수의 전극들로 이루어진다. 이러한 전극부(20)는 후술하는 글루코스 반응부(50)를 구성하는 물질과 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스의 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 감지한다. 예를 들어, 측정 대상 물질은 인체의 침, 땀, 체액, 혈액 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The
예를 들어, 도 2에 예시된 바와 같이, 전극부(20)를 구성하는 전극들은 작동 전극들(21-1, 22-1) 및 이 작동 전극들(21-1, 22-1)에 대응하는 기준 전극들(21-2, 22-2)을 포함하여 구성될 수 있으며, 전극부(20)는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 주석(Ni), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), APC로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하거나, 이들의 합금일 수 있다. APC는 Ag-Pd-Cu 합금이다.For example, as illustrated in FIG. 2, the electrodes constituting the
전극보호/전자수송 기능부(30)는 전극부(20) 및 전극부(20) 외곽의 기판(10)의 일부 영역 상에 형성되어 전극부(20)를 구성하는 전극들을 보호하는 동시에, 전자 수송을 통해 전극부(20)의 전기적인 감도를 높이는 기능을 수행한다.The electrode protection/electron
예를 들어, 전극보호/전자수송 기능부(30)는 전극부(20)를 보호하는 전극 보호체와 전자 수송의 기능을 하는 전자 수송체가 혼합된 구조를 가질 수 있다.For example, the electrode protection/electron
예를 들어, 전극보호/전자수송 기능부(30)를 구성하는 전극보호체는 카본(carbon)을 포함하고, 전자 수송체는 프러시안 블루(prussian blue)를 포함할 수 있다.For example, the electrode protector constituting the electrode protection/electron transport
전극보호/전자수송 기능부(30)에 포함된 프러시안 블루는 전자 수송의 기능을 수행하는 성분이며, 헥사시아노철(II)산철(III)칼륨이 주성분인 청색 안료로서, 높은 산화성을 갖는다. 프러시안 블루를 포함하는 전극보호/전자수송 기능부(30)를 전극부(20)와 글루코스 반응부(50) 사이에 형성하면, 전극의 감도를 향상시킬 수는 있지만, 프러시안 블루의 하부에 위치한 금속성의 전극부(20)가 산화되어 부식될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 전극보호/전자수송 기능부(30)가 전자 수송의 기능을 수행하는 프러시안 블루 이외에 산화 방지를 통해 전극 보호의 기능을 수행하는 카본을 포함하도록 구성되기 때문에, 전극보호/전자수송 기능부(30)에 포함된 프러시안 블루에 의한 전극부(20)의 부식을 방지할 수 있다.Prussian blue included in the electrode protection/electron
글루코스 반응부(50)는 전극보호/전자수송 기능부(30) 상에 형성되어 있으며, 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스와 반응하는 구성요소이다.The
예를 들어, 글루코스 반응부(50)는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함할 수 있다.For example, the
글루코스 반응부(50)에서의 반응 및 전극부(20)의 신호 감지 원리를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.The reaction in the
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 전류량에 비례하므로, 이 전류량을 측정함으로써 글루코스 농도를 측정할 수 있다.When a sample, which is the substance to be measured, is injected into the glucose sensor, the glucose contained in the sample is oxidized by glucose oxidase or glucose dehydrogenase, and the glucose oxidase or glucose dehydrogenase is reduced. At this time, the electron transfer mediator oxidizes glucose oxidase or glucose dehydrogenase and is reduced itself. The reduced electron transfer mediator loses electrons on the electrode surface to which a certain voltage is applied and is electrochemically oxidized again. Since the glucose concentration in the sample is proportional to the amount of current generated in the process of oxidation of the electron transfer medium, the glucose concentration can be measured by measuring this amount of current.
이온 교환막(60)은 글루코스 반응부(50) 상에 형성되어 있으며, 시료에 포함되어 있는 물질들 중에서 측정 대상 성분만을 통과시키기 때문에, 외부의 불순물 이온 성분의 침투를 방지하여 글루코스 반응부(50)를 구성하는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 보호한다. 예를 들어, 이온 교환막(60)은 나피온(Nafion)을 포함할 수 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이며, 이온 교환막(60)이 이에 한정되지는 않는다.The
배선부(70)는 전극부(20)를 구성하는 전극들 및 온도 센서(100)로부터 연장 형성된 복수의 전기 배선들로 이루어진다. 이러한 배선부(70)는 도시하지 않은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 같은 전기적 연결 매체를 매개로 전류 분석 기능을 하는 감지 분석 수단에 연결될 수 있다. 도면상 도시하지는 않았으나, 배선부(70)의 종단에는 패드 영역이 구비될 수 있으며, FPCB는 이 패드 영역에 접착되어 전기적으로 연결될 수 있다.The
온도 센서(100)는 기판(10) 상에 형성되어 글루코스 농도가 측정되는 환경의 온도를 측정하는 구성요소이다. 즉, 온도 센서(100)는 온도에 대응하는 전류를 전류 분석 기능을 하는 IC에 전달하며, IC는 온도 센서(100)로부터 전달받은 전류값을 설정된 변환 알고리즘에 따라 온도값을 변환한다. 측정되는 글루코스 농도에는 온도에 따라 편차가 있을 수 있기 때문에, 글루코스의 농도와 함께 온도를 측정하고, 이 온도에 따라 글루코스의 농도를 보정하거나, 측정된 농도와 온도를 매칭(matching)시켜 활용할 수 있다. The
다음 표 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 글루코스 센서에 대한 재현성 시험 결과로서, 상대전압에 따른 미카엘리스-멘텐 상수(Michaelis-Menten constant, KM), 미카엘리스-멘텐 효소반응속도식에서의 최대반응속도(Vmax)의 실험 결과 데이터이다.The following Table 1 shows the reproducibility test results for the glucose sensor according to an embodiment of the present invention, the Michaelis-Menten constant (K M ) according to relative voltage, and the maximum in the Michaelis-Menten enzyme reaction rate equation. This is the experimental result data of reaction speed (V max ).
(V)relative voltage
(V)
-0.3
(mM)K.M.
(mM)
0.42
(mM/s)Vmax
(mM/s)
5.62×10 -7
표 1을 참조하면, 상대전압이 -0.3V 내지 0.0V의 범위를 충족하는 경우, 감지 대상인 글루코스의 농도에 따른 감지 신호의 선형성이 확보되며 민감도가 개선되며, 선형성 확보 및 민감도 개선을 위한 상대전압의 보다 바람직한 범위는 -0.2V 내지 0V이다. 상대전압이 -0.3V 미만인 경우에는, 환원성 부식으로 인해 감지 신호의 신뢰도가 저하된다. 또한, 상대전압이 0.0V를 초과하는 경우에는, 감지 신호의 선형성이 유지되지 않으며 글루코스의 농도가 높아질수록 편차가 증가한다.Referring to Table 1, when the relative voltage satisfies the range of -0.3V to 0.0V, linearity of the detection signal according to the concentration of glucose to be detected is secured and sensitivity is improved, and the relative voltage to secure linearity and improve sensitivity A more preferable range is -0.2V to 0V. When the relative voltage is less than -0.3V, the reliability of the detection signal decreases due to reductive corrosion. Additionally, when the relative voltage exceeds 0.0V, the linearity of the detection signal is not maintained and the deviation increases as the glucose concentration increases.
미카엘리스-멘텐 상수(Michaelis-Menten constant, KM)는 0.4mM 내지 12.2mM일 수 있다. 미카엘리스-멘텐 상수(KM)가 0.4mM 내지 12.2mM의 범위를 충족하는 경우, 글루코스 농도에 따른 감지 신호의 선형성이 확보되며 민감도가 개선된다. 미카엘리스-멘텐 상수(KM)가 0.4mM 미만인 경우에는, 환원성 부식으로 인해 감지 신호의 신뢰도가 저하된다. 또한, 미카엘리스-멘텐 상수(KM)가 12.2mM를 초과하는 경우에는, 감지 신호의 선형성이 유지되지 않는다.Michaelis-Menten constant (K M ) may be 0.4mM to 12.2mM. When the Michaelis-Menten constant (K M ) satisfies the range of 0.4mM to 12.2mM, linearity of the detection signal according to glucose concentration is secured and sensitivity is improved. When the Michaelis-Menten constant (K M ) is less than 0.4mM, the reliability of the detection signal decreases due to reductive corrosion. Additionally, when the Michaelis-Menten constant (K M ) exceeds 12.2mM, the linearity of the detection signal is not maintained.
미카엘리스-멘텐 효소반응속도식에서의 최대반응속도(Vmax)는 3.85×10-7mM/s 내지 6.9×10-6mM/s일 수 있다. 최대반응속도(Vmax)가 3.85×10-7mM/s 내지 6.9×10-6mM/s의 범위를 충족하는 경우, 글루코스 농도에 따른 감지 신호의 선형성이 확보되며 민감도가 개선된다. 최대반응속도(Vmax)가 3.85×10-7mM/s 미만인 경우에는, 환원성 부식으로 인해 감지 신호의 신뢰도가 저하된다. 또한, 최대반응속도(Vmax)가 6.9×10-6mM/s를 초과하는 경우에는, 감지 신호의 선형성이 유지되지 않는다.The maximum reaction rate (V max ) in the Michaelis-Menten enzyme reaction rate equation may be 3.85×10 -7 mM/s to 6.9×10 -6 mM/s. When the maximum reaction speed (V max ) satisfies the range of 3.85×10 -7 mM/s to 6.9×10 -6 mM/s, linearity of the detection signal according to glucose concentration is secured and sensitivity is improved. If the maximum reaction speed (V max ) is less than 3.85×10 -7 mM/s, the reliability of the detection signal decreases due to reductive corrosion. Additionally, when the maximum reaction speed (V max ) exceeds 6.9×10 -6 mM/s, the linearity of the detection signal is not maintained.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 기질인 글루코스 농도에 따른 전압 스윙 테스트(Voltage Swing Test) 결과를 나타낸 도면으로서, 2개의 글루코스 센서 시편에 대한 평가를 위해 상대전압을 각각 0V와 -0.1V로 조정하여 글루코스 농도별로 측정한 결과로서 -0.1V에서 평가시 민감도가 개선되는 효과를 확인하였다. 도 3의 D1, D2는 상대전압이 -0.1V로 조정된 시편의 감지 결과를 나타내고, D1', D2'는 상대전압이 0.0V인 시편의 감지 결과를 나타낸다.Figure 3 is a diagram showing the results of a voltage swing test according to the concentration of glucose, a substrate, in an embodiment of the present invention. For evaluation of two glucose sensor specimens, the relative voltages were 0V and -0.1, respectively. As a result of measuring each glucose concentration by adjusting V, it was confirmed that the sensitivity was improved when evaluated at -0.1V. D1 and D2 in Figure 3 represent the detection results of a specimen whose relative voltage was adjusted to -0.1V, and D1' and D2' represent the detection results of a specimen whose relative voltage was 0.0V.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상대전압에 따른 순환 볼타모그램(Cyclic Voltamogram)을 나타낸 도면으로서, 전자수송체인 프러시안 블루(Prussian Blue)의 환원전위 피크값(Peak value)이 0V와 -0.1V사이에 존재하고 있음을 확인할 수 있으며, 상재전압을 -0.1V로 고정함으로서 산화형(Oxidation Form)으로 존재하고 있는 프러시안 블루를 대부분 환원형(Reduction Form)으로 전환하는 것이 가능하며 이로 인해 글루코스 센서의 민감도가 개선될 수 있다.Figure 4 is a diagram showing a cyclic voltamogram according to relative voltage in one embodiment of the present invention, where the reduction potential peak value of Prussian Blue, an electron transporter, is 0V. It can be confirmed that it exists between -0.1V, and by fixing the voltage at -0.1V, it is possible to convert most of the Prussian blue that exists in the oxidation form to the reduction form. This may improve the sensitivity of the glucose sensor.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 교정 커브(Calibration Curve)를 나타낸 도면으로서, 각 글루코스 농도별로 상대전압을 각각 다르게 하여 평가한 결과를 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 라인위버-버크 플롯(Lineweaver-Burk Plot)을 나타낸 도면으로서, 교정 커브(Calibration Curve)의 결과에서 역수를 취하여 얻어진 그래프로서 미카엘리스-멘텐 상수(KM)은 절편이고, 최대반응속도(Vmax)는 기울기이다.Figure 5 is a diagram showing a calibration curve in one embodiment of the present invention, showing the results of evaluation by varying the relative voltage for each glucose concentration, and Figure 6 is a diagram showing the calibration curve in one embodiment of the present invention. , A drawing showing the Lineweaver-Burk Plot, which is a graph obtained by taking the reciprocal of the result of the calibration curve, where the Michaelis-Menten constant (K M ) is the intercept, and the maximum reaction rate (Vmax) ) is the slope.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 글루코스에 대한 측정 민감도를 최적 범위로 균일하게 유지할 수 있는 글루코스 센서가 제공되는 효과가 있다.As described in detail above, according to the present invention, there is an effect of providing a glucose sensor that can uniformly maintain the measurement sensitivity for glucose in an optimal range.
10: 기판
20: 전극부
21-1, 22-1: 작동 전극
21-2, 22-2: 기준 전극
30: 전극보호/전자수송 기능부
50: 글루코스 반응부
60: 이온 교환막
70: 배선부
100: 온도 센서10: substrate
20: electrode part
21-1, 22-1: working electrode
21-2, 22-2: Reference electrode
30: Electrode protection/electron transport function
50: Glucose reaction unit
60: Ion exchange membrane
70: Wiring section
100: temperature sensor
Claims (10)
상기 기판 상에 형성된 기준 전극과 작동 전극을 포함하는 전극부;
상기 전극부 상에 단일층으로 형성되어 있으며 상기 전극부를 보호하고 전자 수송의 기능을 수행하는 전극보호/전자수송 기능부; 및
상기 전극보호/전자수송 기능부 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고,
상기 기준 전극과 상기 작동 전극의 전위차인 상대전압은 -0.3V 내지 0.0V이며,
미카엘리스-멘텐 상수(Michaelis-Menten constant, KM)는 0.4mM 내지 12.2mM인,
글루코스 센서.
Board;
an electrode unit including a reference electrode and a working electrode formed on the substrate;
An electrode protection/electron transport function unit formed as a single layer on the electrode unit and protecting the electrode unit and performing an electron transport function; and
It includes a glucose reaction portion formed on the electrode protection/electron transport function portion,
The relative voltage, which is the potential difference between the reference electrode and the working electrode, is -0.3V to 0.0V,
Michaelis-Menten constant (K M ) is 0.4mM to 12.2mM,
Glucose sensor.
미카엘리스-멘텐 효소반응속도식에서의 최대반응속도(Vmax)는 3.85×10-7mM/s 내지 6.9×10-6mM/s인. 글루코스 센서.
According to paragraph 1,
The maximum reaction rate (V max ) in the Michaelis-Menten enzyme reaction rate equation is 3.85×10 -7 mM/s to 6.9×10 -6 mM/s. Glucose sensor.
상기 전극보호/전자수송 기능부는 상기 전극부를 보호하는 전극 보호체와 상기 전자 수송의 기능을 하는 전자 수송체가 혼합된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
According to paragraph 1,
The electrode protection/electron transport function part is a glucose sensor, characterized in that it has a mixed structure of an electrode protector that protects the electrode part and an electron transporter that performs the function of electron transport.
상기 전극 보호체는 카본(carbon)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
According to paragraph 4,
A glucose sensor, wherein the electrode protector contains carbon.
상기 전자 수송체는 프러시안 블루(prussian blue)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
According to paragraph 4,
A glucose sensor, wherein the electron transporter contains Prussian blue.
상기 전극부는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 주석(Sn), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), APC로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
According to paragraph 1,
The electrode part is made of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), titanium (Ti), nickel (Ni), tin (Sn), molybdenum (Mo), cobalt (Co), and APC. A glucose sensor, characterized in that it includes one or more selected from the group consisting of.
상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
According to paragraph 1,
A glucose sensor, wherein the glucose reaction unit includes glucose oxidase or glucose dehydrogenase.
상기 글루코스 반응부 상에 형성된 이온 교환막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
According to clause 8,
A glucose sensor, characterized in that it further comprises an ion exchange membrane formed on the glucose reaction unit.
상기 이온 교환막은 불순물 이온 성분의 침투를 방지하여 상기 글루코스 반응부를 구성하는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 보호하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
According to clause 9,
The ion exchange membrane is a glucose sensor characterized in that it protects glucose oxidase or glucose dehydrogenase constituting the glucose reaction unit by preventing penetration of impurity ions.
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20140197042A1 (en) * | 2013-01-11 | 2014-07-17 | Northeastern University | Saliva Glucose Monitoring System |
| KR101440735B1 (en) * | 2013-12-06 | 2014-09-17 | 안광현 | Glucose Measurement System Minimize the Number of Blood Sampling and Method Thereof |
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