KR102656290B1 - Menufacturing method of biosensor for sensing lactic acid - Google Patents
Menufacturing method of biosensor for sensing lactic acid Download PDFInfo
- Publication number
- KR102656290B1 KR102656290B1 KR1020210088383A KR20210088383A KR102656290B1 KR 102656290 B1 KR102656290 B1 KR 102656290B1 KR 1020210088383 A KR1020210088383 A KR 1020210088383A KR 20210088383 A KR20210088383 A KR 20210088383A KR 102656290 B1 KR102656290 B1 KR 102656290B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- copper oxide
- lactic acid
- biosensor
- mesoporous copper
- mesoporous
- Prior art date
Links
- JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N lactic acid Chemical compound CC(O)C(O)=O JVTAAEKCZFNVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 100
- 235000014655 lactic acid Nutrition 0.000 title claims abstract description 50
- 239000004310 lactic acid Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 21
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 82
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 claims abstract description 75
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 75
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 claims description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 29
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 29
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 24
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 22
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 13
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 11
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000012691 Cu precursor Substances 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 4
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 12
- 230000004044 response Effects 0.000 description 10
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 8
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 8
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M chlorosilver;silver Chemical compound [Ag].[Ag]Cl GTKRFUAGOKINCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- RRZIJNVZMJUGTK-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-trifluoro-2-(1,2,2-trifluoroethenoxy)ethene Chemical compound FC(F)=C(F)OC(F)=C(F)F RRZIJNVZMJUGTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- OCDUIJZBRQQGHA-UHFFFAOYSA-L copper;oxalate;hydrate Chemical compound O.[Cu+2].[O-]C(=O)C([O-])=O OCDUIJZBRQQGHA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006911 enzymatic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3275—Sensing specific biomolecules, e.g. nucleic acid strands, based on an electrode surface reaction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
- G01N27/3271—Amperometric enzyme electrodes for analytes in body fluids, e.g. glucose in blood
- G01N27/3272—Test elements therefor, i.e. disposable laminated substrates with electrodes, reagent and channels
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/38—Cleaning of electrodes
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
본 발명의 일 실시 예는 메조포러스 구리 산화물을 포함하는 젖산 측정용 바이오 센서 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 젖산 측정용 바이오 센서는 전극 상에 메조포러스 구리 산화물을 포함하는 감지층을 포함하는 것을 특징으로 하고 상기 메조포러스 구리 산화물의 경우 센서에 적용하면 높은 비 표면적을 보여 비 다공성 구리 산화물에 비하여 우수한 감지 특성을 가질 수 있는 효과가 있다.One embodiment of the present invention relates to a method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid containing mesoporous copper oxide. According to one embodiment of the present invention, the biosensor for measuring lactic acid is characterized in that it includes a sensing layer containing mesoporous copper oxide on the electrode, and in the case of the mesoporous copper oxide, when applied to the sensor, a high specific surface area is obtained. It has the effect of having superior sensing properties compared to non-porous copper oxide.
Description
본 발명은 메조포러스 구리 산화물을 포함하는 젖산 측정용 바이오 센서 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 상기 메조포러스 구리 산화물 표면에 존재하는 잔여 유기 불순물을 제거한 메조포러스 구리 산화물을 바이오 센서 전극에 적용하여 젖산에 대해 높은 감지 특성을 나타낼 수 있는 메조포러스 구리 산화물 바이오센서를 제공한다. The present invention relates to a method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid containing mesoporous copper oxide. More specifically, a mesoporous copper oxide biosensor capable of exhibiting high detection characteristics for lactic acid is provided by applying mesoporous copper oxide from which residual organic impurities present on the surface of the mesoporous copper oxide have been removed to a biosensor electrode.
바이오센서는 생물학적 요소로부터 발생한 분석 물질과 생물학적 요소의 상호작용을 물리적 그리고 화학적 신호 변환기를 통해 검출하는 분석 장치를 일컫는다. A biosensor refers to an analysis device that detects the interaction between analytes generated from biological elements and biological elements through physical and chemical signal transducers.
상기 바이오센서의 종류 중에 효소 기반 바이오센서는 분석 물질을 감지하기 위해 전극 표면에 효소를 이용한 센서이며, 촉매 기능에 의하여 생성 또는 소비되는 물질이 이온 선택성 감응 막에 생성시킨 막 전위차를 측정하거나, 물질과 전극과의 반응에 의한 전류 값을 측정하여 효소 반응에 관여하는 각종 물질의 농도를 알아내는 효소 기반 바이오센서가 가장 널리 사용되고 있다.Among the types of biosensors, enzyme-based biosensors are sensors that use enzymes on the electrode surface to detect analytes, and measure the membrane potential difference created in the ion-selective response membrane by substances produced or consumed by the catalytic function, or Enzyme-based biosensors, which determine the concentration of various substances involved in enzyme reactions by measuring the current value resulting from the reaction with the electrode, are the most widely used.
상기 효소 기반 바이오센서는 시간이 경과함에 따라 일정한 신호의 측정을 방해하게 되어 신뢰성이 떨어지는 문제가 있고 비싼 효소 가격에 따른 높은 생산단가의 문제점이 있다.The enzyme-based biosensor has a problem of low reliability as it interferes with the measurement of a certain signal over time, and has a problem of high production cost due to the expensive enzyme price.
상기한 효소 기반 바이오 센서의 이러한 문제점을 해결하기 위해 낮은 제조단가, 전기 화학적 촉매 특성, 넓은 비 표면적 및 높은 감도를 가지는 전이금속 산화물을 이용한 비효소 기반 바이오센서 제작 연구가 활발히 진행되고 있다. To solve these problems of enzyme-based biosensors, research is being actively conducted on the production of non-enzyme-based biosensors using transition metal oxides with low manufacturing costs, electrochemical catalytic properties, large specific surface areas, and high sensitivity.
상기 비효소 기반 바이오센서는 상기 비효소 기반 바이오센서 전극 소재로 백금(Pt), 은(Ag) 등 귀금속 기반 전극에 대한 연구가 수행되었으나 가격적인 문제로 인해 상용화는 어려운 문제가 있다. As for the non-enzyme-based biosensor, research has been conducted on electrodes based on precious metals such as platinum (Pt) and silver (Ag), but commercialization is difficult due to price issues.
따라서 귀금속 대신 저가 전이 금속 산화물(NiO, Co2O3 등)기반 비효소 센서 개발 시도가 있었으며, 귀금속 대비 상대적으로 떨어지는 특성 개선을 위한 나노 구조 전이금속 산화물에 대한 연구가 진행 중이지만, 대부분의 나노 구조 기반 전이금속 산화물 바이오센서는 포도당 측정을 중심으로 개발이 진행되어, 젖산 센싱 소재에 대한 연구 진행이 필요하다. Therefore, attempts have been made to develop non-enzymatic sensors based on low-cost transition metal oxides (NiO, Co 2 O 3 , etc.) instead of noble metals, and research on nanostructured transition metal oxides to improve properties that are relatively poor compared to noble metals is in progress, but most nanostructures As transition metal oxide-based biosensors are being developed with a focus on glucose measurement, research on lactic acid sensing materials is necessary.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 메조포러스 구리 산화물을 포함하는 바이오 센서에 관한 것이다. 또한, 상기 메조포러스 구리 산화물 표면에 존재하는 잔여 유기 불순물을 제거한 메조포러스 구리 산화물을 바이오 센서 전극에 적용하여 젖산에 대해 높은 감지 특성을 나타낼 수 있는 메조포러스 구리 산화물 바이오센서를 제공한다. The technical problem to be achieved by the present invention in order to solve the problems of the prior art as described above relates to a biosensor containing mesoporous copper oxide. In addition, a mesoporous copper oxide biosensor capable of exhibiting high detection characteristics for lactic acid is provided by applying mesoporous copper oxide from which residual organic impurities present on the surface of the mesoporous copper oxide have been removed to a biosensor electrode.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 젖산 측정용 바이오센서 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a biosensor for measuring lactic acid.
본 발명의 일 실시예에 따른 젖산 측정용 바이오센서 제조방법은, 메조포러스 구리산화물을 준비하는 단계; 상기 메조포러스 구리산화물을 고압 산소 분위기에서 열처리하는 열처리 단계; 상기 열처리된 메조포러스 구리산화물을 유기 용매로 세척하는 유기 불순물 제거 단계; 상기 유기 불순물이 제거된 메조포러스 구리산화물을 나피온과 혼합하여 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액 제조 단계; 상기 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 전극에 드롭 캐스팅 방법으로 도포하여 전극 상에 감지층을 형성하는 단계; 및 상기 전극에 드롭캐스팅된 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. A method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid according to an embodiment of the present invention includes preparing mesoporous copper oxide; A heat treatment step of heat treating the mesoporous copper oxide in a high pressure oxygen atmosphere; An organic impurity removal step of washing the heat-treated mesoporous copper oxide with an organic solvent; Preparing a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion by mixing the mesoporous copper oxide from which the organic impurities have been removed with Nafion; forming a sensing layer on the electrode by applying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion to the electrode using a drop casting method; And it may include drying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion drop-cast on the electrode.
상기 메조포러스 구리산화물을 준비하는 단계에서, 상기 메조포러스 구리산화물의 기공 크기는 130m2/g 이상의 다공성 물질일 수 있다. In the step of preparing the mesoporous copper oxide, the mesoporous copper oxide may be a porous material with a pore size of 130 m 2 /g or more.
상기 메조포러스 구리산화물을 준비하는 단계에서, 상기 메조포러스 구리산화물은 구리전구체, 계면활성제, 질산 및 유기용매를 혼합한 후 가열하여 중간상을 형성하고 상기 중간상을 고온 소결하여 메조포러스 구리산화물을 제조할 수 있다. In the step of preparing the mesoporous copper oxide, the mesoporous copper oxide is mixed with a copper precursor, a surfactant, nitric acid, and an organic solvent, heated to form an intermediate phase, and sintered at a high temperature to prepare the mesoporous copper oxide. You can.
상기 구리전구체의 몰농도는 1X10-3M 내지 2X10-1M 이고 상기 질산의 몰농도는 3M 내지 10M 일 수 있다. The molar concentration of the copper precursor may be 1X10 -3 M to 2X10 -1 M and the molar concentration of the nitric acid may be 3M to 10M.
상기 구리전구체, 계면활성제, 질산 및 유기용매를 혼합한 후 가열하는 온도는 120 ℃ 내지 170 ℃ 이고 상기 중간상을 소결하는 온도는 230 ℃ 내지 270 ℃ 사이로 공정을 진행할 수 있다. After mixing the copper precursor, surfactant, nitric acid and organic solvent, the heating temperature is 120 ℃ to 170 ℃, and the temperature for sintering the intermediate phase can be carried out between 230 ℃ and 270 ℃.
상기 열처리 단계에서, 200℃ 내지 300℃ 온도에서 열처리 할 수 있다. In the heat treatment step, heat treatment may be performed at a temperature of 200°C to 300°C.
상기 열처리 단계에서, 상기 열처리는 10 기압 이상의 고압 산소 분위기에서 수행될 수 있다. In the heat treatment step, the heat treatment may be performed in a high-pressure oxygen atmosphere of 10 atmospheres or more.
상기 유기 불순물 제거 단계에서, 상기 유기 용매는 에탄올, 아세톤 및 아이소프로필 알코올에서 선택된 1종 일 수 있다. In the organic impurity removal step, the organic solvent may be one selected from ethanol, acetone, and isopropyl alcohol.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 일 실시예는 젖산 측정용 바이오센서를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, another embodiment of the present invention provides a biosensor for measuring lactic acid.
본 발명의 일 실시예에 따른 실시예는 상술한 젖산 측정용 바이오센서 제조방법에 의해 제조된 젖산 측정용 바이오센서를 제공한다. An embodiment according to an embodiment of the present invention provides a biosensor for measuring lactic acid manufactured by the above-described method for manufacturing a biosensor for measuring lactic acid.
상기 젖산 측정용 바이오센서는 젖산 센싱 감도가 80.33μA/mM(cm2) 이상일 수 있다. The biosensor for measuring lactic acid may have a lactic acid sensing sensitivity of 80.33 μA/mM (cm 2 ) or more.
본 발명의 실시 예에 따르면, 젖산 측정용 바이오센서에 관한 것으로서, 상기 젖산 측정용 바이오 센서는 전극 상에 메조포러스 구리 산화물을 포함하는 감지층을 포함하는 것을 특징으로 하고 상기 메조포러스 구리 산화물의 경우 센서에 적용하면 높은 비 표면적을 보여 비 다공성 구리 산화물에 비하여 우수한 감지 특성을 가질 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, it relates to a biosensor for measuring lactic acid, wherein the biosensor for measuring lactic acid includes a sensing layer containing mesoporous copper oxide on an electrode, and in the case of the mesoporous copper oxide When applied to a sensor, it has a high specific surface area and has the effect of having superior sensing characteristics compared to non-porous copper oxide.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 젖산 측정용 바이오센서 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액을 전극에 드롭 캐스팅 방법으로 도포하는 것을 나타낸 모식도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 온도에 따른 메조포러스 구리 산화물의 BJH 기공 크기 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물의 TEM 사진이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물의 불순물 제거 전후를 나타내는 FT-IR그래프이다.
도 6 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물 또는 상용 구리 산화물 분말을 적용한 비침습식 센서의 젖산 대시간 전류 반응(Chronoamperometric responses) 을 나타낸 그래프이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물 및 상용 구리 산화물 분말을 적용한 비침습식 바이오 센서의 젖산 농도에 따른 전류 변화를 나타내는 그래프이다. Figure 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the application of a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion to an electrode using a drop casting method according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a graph showing the BJH pore size distribution of mesoporous copper oxide according to heat treatment temperature according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a TEM photograph of mesoporous copper oxide according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is an FT-IR graph showing before and after removal of impurities from mesoporous copper oxide according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph showing the lactic acid chronoamperometric responses of a non-invasive sensor using mesoporous copper oxide or commercial copper oxide powder according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a graph showing the current change according to lactic acid concentration of a non-invasive biosensor using mesoporous copper oxide and commercial copper oxide powder according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. In addition, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the 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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 젖산 측정용 바이오센서 제조방법을 설명한다. Referring to FIG. 1, a method for manufacturing a biosensor for measuring lactic acid according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 젖산 측정용 바이오센서 제조방법을 나타낸 흐름도이다. Figure 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid according to an embodiment of the present invention.
젖산 측정용 바이오센서 제조방법은, 메조포러스 구리산화물을 준비하는 단계(S100); 상기 메조포러스 구리산화물을 고압 산소 분위기에서 열처리하는 열처리 단계(S200); 상기 열처리된 메조포러스 구리산화물을 유기 용매로 세척하는 유기 불순물 제거 단계(S300); 상기 유기 불순물이 제거된 메조포러스 구리산화물을 나피온과 혼합하여 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액 제조 단계(S400); 상기 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 전극에 드롭 캐스팅 방법으로 도포하여 전극 상에 감지층을 형성하는 단계(S500); 및 상기 전극에 드롭캐스팅된 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 건조시키는 단계(S600);를 포함할 수 있다. The method for manufacturing a biosensor for measuring lactic acid includes preparing mesoporous copper oxide (S100); A heat treatment step (S200) of heat treating the mesoporous copper oxide in a high-pressure oxygen atmosphere; An organic impurity removal step (S300) of washing the heat-treated mesoporous copper oxide with an organic solvent; Preparing a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion by mixing the mesoporous copper oxide from which the organic impurities have been removed with Nafion (S400); Forming a sensing layer on the electrode by applying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion to the electrode using a drop casting method (S500); and drying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion drop-cast on the electrode (S600).
첫째 단계에서, 젖산 측정용 바이오센서 제조방법은 메조포러스 구리산화물을 준비하는 단계를 포함할 수 있다. (S100)In the first step, the method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid may include preparing mesoporous copper oxide. (S100)
상기 메조포러스 구리산화물은 가수분해(hydrolysis) 및 응집 반응(condensation)을 억제시키는 역마이셀(inverse micelle) 공정을 통해 합성된 메조포러스 구리 산화물을 전극 소재로 적용할 수 있다. The mesoporous copper oxide synthesized through an inverse micelle process that inhibits hydrolysis and condensation can be applied as an electrode material.
상기 역마이셀 공정을 통해 메조포러스 구리 산화물을 합성하기 위해 응집 반응(Condensation)에 의한 수산화 복합체(hydroxide complex)의 생성을 방지하기 위하여 구리 금속 전구체 농도를 1X10-3M 내지 2X10-1M로 조절할 수 있다. In order to synthesize mesoporous copper oxide through the reverse micelle process, the copper metal precursor concentration can be adjusted to 1 there is.
또한, 상기 가수분해(hydrolysis)의 억제를 위하여 질산 농도를 3M 내지 10M로 조절 할 수 있다. Additionally, in order to inhibit hydrolysis, the nitric acid concentration can be adjusted to 3M to 10M.
또한, 합성 후 120℃ 내지 170℃ 온도 범위에서 열처리 하여 중간상(copper oxalate hydrate, CuC2O4 
상술한 공정 조건에 의해 구리의 경우 타 전이금속 대비 큰 가수 분해 상수(hydrolysis constant)를 가지므로, inverse micelle (역 마이셀) 내부로 위치하기 힘든 수산화 복합체(hydroxide complex)가 쉽게 형성되어 역 마이셀 형성을 이용한 메조포러스 구리 산화물 합성을 위해서는 수산화 복합체의 형성을 억제할 수 있는 효과가 있다.Due to the above-mentioned process conditions, copper has a large hydrolysis constant compared to other transition metals, so hydroxide complexes that are difficult to locate inside inverse micelles are easily formed, leading to the formation of inverse micelles. For the synthesis of mesoporous copper oxide, it has the effect of suppressing the formation of hydroxyl complexes.
또한, 상술한 제조방법에 의해 제조된 메조포러스 구리산화물은 크기가 130m2/g 이상인 기공이 형성된 다공성 물질일 수 있다. Additionally, the mesoporous copper oxide produced by the above-described production method may be a porous material with pores having a size of 130 m 2 /g or more.
둘째 단계에서, 상기 메조포러스 구리산화물을 고압 산소 분위기에서 열처리하는 열처리 단계를 포함할 수 있다. (S200)In the second step, a heat treatment step may be included in which the mesoporous copper oxide is heat treated in a high pressure oxygen atmosphere. (S200)
이때, 상기 열처리 단계에서, 200℃ 내지 300℃ 온도에서 열처리 할 수 있다. At this time, in the heat treatment step, heat treatment may be performed at a temperature of 200°C to 300°C.
또한, 상기 열처리 단계에서, 상기 열처리는 10 기압 이상의 고압 산소 분위기에서 수행될 수 있다. Additionally, in the heat treatment step, the heat treatment may be performed in a high-pressure oxygen atmosphere of 10 atmospheres or more.
또한, 상기 고압 산소는 고 활동도의 고압 산소 분위기에서 열처리 할 수 있다. Additionally, the high pressure oxygen can be heat treated in a high pressure oxygen atmosphere with high activity.
고압 산소 분위기에서 열처리하는 이유는 잔여 유기물의 산화에 의한 분해와 CuO형성을 위한 산화반응이 활발히 일어나게 하기 위함이다.The reason for heat treatment in a high-pressure oxygen atmosphere is to actively promote the decomposition of residual organic matter by oxidation and the oxidation reaction to form CuO.
셋째 단계에서, 상기 열처리된 메조포러스 구리산화물을 유기 용매로 세척하는 유기 불순물 제거 단계를 포함할 수 있다. (S300)In the third step, it may include removing organic impurities by washing the heat-treated mesoporous copper oxide with an organic solvent. (S300)
또한, 상기 유기 불순물 제거 단계에서, 상기 유기 용매는 에탄올, 아세톤 및 아이소프로필 알코올에서 선택된 1종 일 수 있다. Additionally, in the organic impurity removal step, the organic solvent may be one selected from ethanol, acetone, and isopropyl alcohol.
상기 메조포러스 구리산화물을 유기 용매를 이용하여 세척하는 경우, 전기화학반응의 장벽(barrier)으로 작용하여 반응 자리(site)를 크게 감소시키며 유기불순물의 효과적인 제거가 가능하여, 센서 특성을 개선시키는 효과가 있다. When the mesoporous copper oxide is washed using an organic solvent, it acts as a barrier for electrochemical reaction, greatly reducing the reaction site, and effectively removing organic impurities, which improves sensor characteristics. There is.
넷째 단계로, 상기 유기 불순물이 제거된 메조포러스 구리산화물을 나피온과 혼합하여 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액 제조 단계를 포함할 수 있다. (S400)The fourth step may include preparing a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion by mixing the mesoporous copper oxide from which the organic impurities have been removed with Nafion. (S400)
상기 나피온(Nafion)은 공중합체(copolymer)로서 테트라 플루오르 에틸렌(teflon, CF2CF2) 골격에 설폰산(sulfonic acid, SO3H) 기를 가지는 퍼플루오르 바이닐 이써(perfluorovinyl ether)가 도입된 구조이다. 상기 나피온은 기공 구조를 가지며 이온 교환막으로서 양이온의 이동은 자유로우나 음이온의 이동은 억제할 수 있다.The Nafion is a copolymer having a structure in which perfluorovinyl ether having a sulfonic acid (SO 3 H) group is introduced into the tetrafluoroethylene (teflon, CF 2 CF 2 ) skeleton. am. The Nafion has a pore structure and is an ion exchange membrane, allowing free movement of cations but inhibiting the movement of anions.
또한, 낮은 분자량의 나피온은 알코올에 잘 용해되고 열적, 기계적, 화학적 안정성을 가지고 있다.In addition, Nafion, which has a low molecular weight, is highly soluble in alcohol and has thermal, mechanical, and chemical stability.
본 발명의 일 실시 예는 250 ℃, 350 ℃ 또는 450 ℃ 온도에서 열처리 한 메조포러스 구리산화물 분말 10mg을 100 μm 나피온과 1mL 에탄올이 섞여 있는 용액에 분산하여 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액 제조할 수 있다. In one embodiment of the present invention, 10 mg of mesoporous copper oxide powder heat-treated at 250 ℃, 350 ℃ or 450 ℃ is dispersed in a solution of 100 μm Nafion and 1 mL ethanol to prepare a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion. You can.
다섯째 단계로, 상기 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 전극에 드롭 캐스팅 방법으로 도포하여 전극 상에 감지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. (S500)The fifth step may include forming a sensing layer on the electrode by applying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion to the electrode using a drop casting method. (S500)
이때, 상기 작업 전극(working electrode)은 유리상 카본전극 또는 흑연전극에서 선택된 1종일 수 있다. At this time, the working electrode may be a glassy carbon electrode or a graphite electrode.
예를 들어, 본 발명에서 사용된 작업 전극은 면적이 10X5.0 mm 인 유리상 탄소 전극 일 수 있고, 상대 전극(counter electrode)은 백금 와이어 소재로 구성된 백금 전극일 수 있고, 기준 전극(reference electrode)은 Ag/AgCl/NaCl 로 구성된 은-염화은 전극이 적용될 수 있다. For example, the working electrode used in the present invention may be a glassy carbon electrode with an area of 10X5.0 mm, the counter electrode may be a platinum electrode made of platinum wire material, and the reference electrode may be A silver-silver chloride electrode composed of silver Ag/AgCl/NaCl can be applied.
또한, 상기 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액 30μL 을 유리상 탄소 전극 상에 드롭 캐스팅 방법으로 일정 두께의 메조포러스 구리산화물을 포함하는 젖산 감지층을 형성할 수 있다. Additionally, a lactic acid sensing layer containing mesoporous copper oxide of a certain thickness can be formed by drop casting 30 μL of the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion on a glassy carbon electrode.
이때, 상기 드롭 캐스팅 방법을 통해 일정 두께의 메조포러스 구리산화물을 포함하는 젖산 감지층을 형성함으로서, 종래 기술 대비 고가의 진공장비를 사용하지 않고도 재료의 소모가 적으며, 공정이 간단한 장점이 있다. At this time, by forming a lactic acid sensing layer containing mesoporous copper oxide of a certain thickness through the drop casting method, there is an advantage that material consumption is reduced and the process is simple compared to the prior art without using expensive vacuum equipment.
여섯째 단계에서, 상기 전극에 드롭캐스팅된 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. (S600)In the sixth step, it may include drying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion drop-cast on the electrode. (S600)
예를 들어, 상기 드롭캐스팅된 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액은 드롭 캐스팅 방법에 의해 일정 두께의 젖산 감지층을 형성한 후 2시간 동안 건조 할 수 있다. For example, the drop cast mesoporous copper oxide-Nafion dispersion can be dried for 2 hours after forming a lactic acid sensing layer of a certain thickness by the drop casting method.
상술한 젖산 측정용 바이오센서 제조방법에 의해 제조된 젖산 측정용 바이오센서는 젖산 센싱 감도가 80.33μA/mM(cm2) 이상 일 수 있다. The biosensor for measuring lactic acid manufactured by the above-described method for manufacturing a biosensor for measuring lactic acid may have a lactic acid sensing sensitivity of 80.33 μA/mM (cm 2 ) or more.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액을 전극에 드롭 캐스팅 방법으로 도포하는 것을 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the application of a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion to an electrode using a drop casting method according to an embodiment of the present invention.
도 2 를 참조하면, 상기 메조포러스 구리 산화물은 원형 입자로 표현하였고, 나피온은 구부러진 실선으로 표현하였다. Referring to FIG. 2, the mesoporous copper oxide is expressed as a circular particle, and Nafion is expressed as a curved solid line.
도 2의 왼쪽 바이알은 에탄올 용매에 메조포러스 구리산화물와 나피온이 포함된 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액을 확인 할 수 있고, 상기 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액을 드롭 캐스팅 방법으로 전극 상부에 도포하는 방법을 나타낼 수 있다. The left vial in Figure 2 shows a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion containing mesoporous copper oxide and Nafion in an ethanol solvent, and the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion is applied to the top of the electrode using a drop casting method. It can show how to do it.
이때, 상기 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액은 전극 상부에 도포되어 젖산 감지층을 형성하는 것을 확인 할 수 있다. At this time, it can be confirmed that the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion is applied on the upper part of the electrode to form a lactic acid sensing layer.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열처리 온도에 따른 메조포러스 구리 산화물의 BJH 기공 크기 분포를 나타낸 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the BJH pore size distribution of mesoporous copper oxide according to heat treatment temperature according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3은 BJH Adsorption 으로써 기공 부피 및 기공 크기 분포를 결정하는데 사용되는 분석법이다. 상기 기공 크기 분석을 하기 위해서 질소(N2) 기체가 흡착 및 탈착하면서 기공의 크기 및 부피를 잰 것을 나타낼 수 있다. Figure 3 is an analysis method used to determine pore volume and pore size distribution by BJH Adsorption. In order to analyze the pore size, it can be shown that the size and volume of the pores are measured while nitrogen (N 2 ) gas is adsorbed and desorbed.
상기 도 3을 참조하면, 상기 Meso-Cu-250, Meso-Cu-350, Meso-Cu-2=450 은 각각 250°C, 350°C, 450°C 의 온도에서 열처리한 메조포러스 구리산화물 샘플을 의미한다.Referring to FIG. 3, Meso-Cu-250, Meso-Cu-350, and Meso-Cu-2=450 are mesoporous copper oxide samples heat-treated at temperatures of 250°C, 350°C, and 450°C, respectively. means.
이때, 상기 도 3을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 메조포러스 구리 산화물의 나노사이즈 다기공의 크기가 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하는 특정을 나타내는 것을 확인 할 수 있다. At this time, it can be seen through Figure 3 that the size of the nano-sized multi-pores of the mesoporous copper oxide according to an embodiment of the present invention increases as the heat treatment temperature increases.
따라서, 상기 도 3을 통해 본 발명의 일 실시예에서 적용되는 메조포러스 구리산화물은 높은 비표면적의 메조포러스 구조인 것을 확인 할 수 있다. Therefore, through FIG. 3, it can be confirmed that the mesoporous copper oxide applied in one embodiment of the present invention has a mesoporous structure with a high specific surface area.
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물의 TEM 사진이다.Figure 4 is a TEM photograph of mesoporous copper oxide according to an embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물은 각각의 입자의 크기가 20nm 이하이고 상기 입자는 미세 기공을 포함하는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 4, it can be seen that the size of each particle of the mesoporous copper oxide according to an embodiment of the present invention is 20 nm or less, and the particles include micropores.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물의 불순물 제거 전후를 나타내는 FT-IR그래프이다. Figure 5 is an FT-IR graph showing before and after removal of impurities from mesoporous copper oxide according to an embodiment of the present invention.
상기 도 5를 참조하면, 상기 메조포러스 구리산화물에 포함된 불순물의 제거를 위해 고압 산소 열처리 및 에탄올 세척을 시행하였다. Referring to FIG. 5, high-pressure oxygen heat treatment and ethanol washing were performed to remove impurities contained in the mesoporous copper oxide.
상기 도 5의 검은색 그래프는 불순물 제거전 FT-IR결과를 나타내고 상기 불순물 제거전 FT-IR결과에서 유기물 불순물에 해당하는 피크(1610(C=O(COOH)), 1585(carboxyl group), 1418(O-H bend), 1360,1317(CH2))가 관찰되므로 유기 불순물이 존재하는 것을 확인 할 수 있다.The black graph in FIG. 5 shows the FT-IR results before removing impurities, and the peaks corresponding to organic impurities (1610 (C=O(COOH)), 1585 (carboxyl group), and 1418 in the FT-IR results before removing impurities). (OH bend), 1360,1317(CH 2 )) is observed, so it can be confirmed that organic impurities exist.
반면에, 도 5의 빨간색 그래프는 고압 산소 열처리 후 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이고 상기 고압 산소 열처리 후에는 유기불순물의 양이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다. On the other hand, the red graph in Figure 5 is a graph showing the FT-IR results after high-pressure oxygen heat treatment, and it can be seen that the amount of organic impurities is greatly reduced after the high-pressure oxygen heat treatment.
또한, 도 5의 파란색 그래프는 고압 산소 열처리 및 에탄올 세척 후 FT-IR 결과를 나타낸 그래프이고 상기 추가적인 에탄올 세척 후에는 유기 불순물에 해당하는 피크가 거의 사라진 것으로 보아 유기불순물이 효과적으로 제거된 것을 확인할 수 있다.In addition, the blue graph in Figure 5 is a graph showing the FT-IR results after high-pressure oxygen heat treatment and ethanol washing. After the additional ethanol washing, the peaks corresponding to organic impurities almost disappeared, confirming that the organic impurities were effectively removed. .
따라서, 도 5를 통하여 고압 산소 열처리 및 에탄올 세척 단계가 유기 불순물 제거의 효과적인 수단임을 확인할 수 있다. Therefore, it can be confirmed through Figure 5 that the high-pressure oxygen heat treatment and ethanol washing steps are effective means of removing organic impurities.
상기 도 5에 의하면 유기 불순물이 제거된 바이오센서는 유기 불순물이 제거되지 않은 바이오센서에 비해 젖산 감지 성능이 우수한 것을 확인할 수 있다. According to FIG. 5, it can be seen that the biosensor from which organic impurities have been removed has superior lactic acid detection performance compared to the biosensor from which organic impurities have not been removed.
이를 통해, 고압 산소 분위기에서 열처리 하거나 산소 열처리 후 유기 용매로 세척한 경우 젖산 감지 성능이 우수한 바이오 센서의 제조가 가능하다. Through this, it is possible to manufacture a biosensor with excellent lactic acid detection performance when heat-treated in a high-pressure oxygen atmosphere or washed with an organic solvent after oxygen heat treatment.
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물 또는 상용 구리 산화물 분말을 적용한 비침습식 센서의 젖산 대시간 전류 반응(Chronoamperometric responses) 을 나타낸 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the lactic acid chronoamperometric responses of a non-invasive sensor using mesoporous copper oxide or commercial copper oxide powder according to an embodiment of the present invention.
상기 도 6 은 순환 전압전류법을 이용하여 산화, 환원 전위를 확인한 후 0.1 내지 5mM 의 젖산 용액을 사용하여 전류 변화량을 측정하고 센서의 특정을 평가한 것을 나타낸 것이다. Figure 6 shows that after confirming the oxidation and reduction potentials using cyclic voltammetry, the amount of current change was measured using a 0.1 to 5mM lactic acid solution, and the characteristics of the sensor were evaluated.
상기 도 6을 참조하면, 메조포러스 구리산화물이 사용된 경우 일반 상용 구리산화물이 사용된 경우보다 전류가 측정되는 반응 특성이 우수한 것을(Chronoamperometric responses) 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that when mesoporous copper oxide is used, the response characteristics in which the current is measured are superior (chronoamperometric responses) compared to when general commercial copper oxide is used.
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 메조포러스 구리 산화물 및 상용 구리 산화물 분말을 적용한 비침습식 바이오 센서의 젖산 농도에 따른 전류 변화를 나타내는 그래프이다. Figure 7 is a graph showing the current change according to lactic acid concentration of a non-invasive biosensor using mesoporous copper oxide and commercial copper oxide powder according to an embodiment of the present invention.
상기 도 7을 참조하면, 메조포러스 구리 산화물이 사용된 경우 일반 상용 구리 산화물이 사용된 경우의 센싱 값(7.97μA/mM(cm2)) 보다 센서의 센싱 감도가 10배 이상 개선된 80.33μA/mM(cm2) 값을 나타내는 것을 확인 할 수 있다. Referring to FIG. 7, when mesoporous copper oxide is used, the sensing sensitivity of the sensor is 80.33μA/m, which is more than 10 times improved than the sensing value (7.97μA/mM (cm 2 )) when general commercial copper oxide is used. It can be confirmed that it represents the mM(cm 2 ) value.
제조예Manufacturing example
먼저, 메조포러스 구리산화물을 준비한다. First, prepare mesoporous copper oxide.
다음으로, 상기 메조포러스 구리산화물을 10 기압의 고압 산소 분위기에서 200℃ 온도로 열처리한다. Next, the mesoporous copper oxide is heat-treated at 200°C in a high-pressure oxygen atmosphere of 10 atm.
다음으로, 상기 열처리된 메조포러스 구리산화물을 에탄올로 세척한다. Next, the heat-treated mesoporous copper oxide is washed with ethanol.
다음으로, 상기 유기 불순물이 제거된 10 mg의 메조포러즈 구리산화물 분말을 100 μm 의 나피온과 1mL 에탄올이 섞여있는 용액에 분산시킨다. Next, 10 mg of mesoporous copper oxide powder from which the organic impurities have been removed is dispersed in a solution containing 100 μm Nafion and 1 mL ethanol.
다음으로, 상기 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액 30μL 을 유리상 탄소 전극에 드롭 캐스팅 방법으로 도포한다. Next, 30 μL of the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion was applied to the glassy carbon electrode using a drop casting method.
다음으로, 상기 드롭 캐스팅 된 메조포러스 구리산화물-나피온 분산액을 2시간 동안 건조시켜 젖산 측정용 바이오 센서를 제조하였다. Next, the drop cast mesoporous copper oxide-Nafion dispersion was dried for 2 hours to prepare a biosensor for measuring lactic acid.
실험예Experiment example
상기 제조예에 의해 형성된 젖산 측정용 바이오 센서는 젖산에 대해 선택적으로 높은 감지 특성을 가질 수 있다. The biosensor for measuring lactic acid formed according to the above production example may have selectively high sensing characteristics for lactic acid.
상기 젖산에 대해 선택적으로 높은 감지 특성을 연구하기 위해서, 대시간 전류반응(Chronoamperometric responses)을 진행한다. In order to study selectively high sensing characteristics for lactic acid, chronoamperometric responses were performed.
상기 대시간 전류반응(Chronoamperometric responses)을 진행하기 위해 순환 전압 전류법을 이용하여 산화, 환원 전위를 평가한 후 0.01 mM내지 5 mM의 젖산 용액을 사용하여 전류 변화량을 측정하였다.In order to conduct the chronoamperometric responses, oxidation and reduction potentials were evaluated using cyclic voltammetry, and then the amount of current change was measured using a lactic acid solution of 0.01 to 5 mM.
이때, 상기 대시간 전류반응을 측정하기 위해 상기 바이오 센서의 작업 전극을 면적이 10X5.0 mm 인 유리상 탄소 전극을 이용하였고, 상대 전극으로 백금 와이어로 구성된 백금 전극을 이용하였고, 기준 전극으로는 Ag/AgCl/NaCl 로 구성된 은-염화은 전극을 적용하였다. At this time, in order to measure the long-term current response, a glassy carbon electrode with an area of 10 A silver-silver chloride electrode composed of /AgCl/NaCl was applied.
상기 도 6 은 대시간 전류반응을 진행하여 메조포러스 구리 산화물의 특성을 나타낼 수 있다. FIG. 6 shows the characteristics of mesoporous copper oxide by performing a long-time current response.
따라서, 상기 도 6을 참조하면, 고압 산소 열처리 및 에탄올 세척한 후의 메조포러스 구리산화물의 경우, 불순물 제거 전 메조포러스 구리 산화물 및 일반 상용 구리산화물에 비해 전류가 측정되는 반응 특성이 우수한 것을(Chronoamperometric responses) 확인 할 수 있다.Therefore, referring to FIG. 6, the mesoporous copper oxide after high-pressure oxygen heat treatment and ethanol washing has superior reaction characteristics in which current is measured compared to the mesoporous copper oxide before impurity removal and general commercial copper oxide (Chronoamperometric responses). ) You can check.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (10)
상기 메조포러스 구리산화물을 산소 분위기에서 열처리하는 열처리 단계;
상기 열처리된 메조포러스 구리산화물을 유기 용매로 세척하는 유기 불순물 제거 단계;
상기 유기 불순물이 제거된 메조포러스 구리산화물을 나피온과 혼합하여 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액 제조 단계;
상기 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 전극에 드롭 캐스팅 방법으로 도포하여 전극 상에 감지층을 형성하는 단계; 및
상기 전극에 드롭캐스팅된 메조포러스 구리 산화물-나피온 분산액을 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 젖산 측정용 바이오센서 제조방법. Preparing mesoporous copper oxide;
A heat treatment step of heat treating the mesoporous copper oxide in an oxygen atmosphere;
An organic impurity removal step of washing the heat-treated mesoporous copper oxide with an organic solvent;
Preparing a mesoporous copper oxide-Nafion dispersion by mixing the mesoporous copper oxide from which the organic impurities have been removed with Nafion;
forming a sensing layer on the electrode by applying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion to the electrode using a drop casting method; and
A method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid, comprising the step of drying the mesoporous copper oxide-Nafion dispersion drop-cast on the electrode.
상기 메조포러스 구리산화물을 준비하는 단계에서, 상기 메조포러스 구리산화물은 구리전구체, 계면활성제, 질산 및 유기용매를 혼합한 후 가열하여 중간상을 형성하고 상기 중간상을 고온 소결하여 메조포러스 구리산화물을 제조하는 것을 특징으로 하는 젖산 측정용 바이오센서 제조방법.According to claim 1,
In the step of preparing the mesoporous copper oxide, the mesoporous copper oxide is mixed with a copper precursor, a surfactant, nitric acid, and an organic solvent, heated to form an intermediate phase, and sintered at a high temperature to prepare the mesoporous copper oxide. A method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid, characterized in that:
상기 구리전구체의 몰농도는 1X10-3M 내지 2X10-1M 이고 상기 질산의 몰농도는 3M 내지 10M 인 것을 특징으로 하는 젖산 측정용 바이오센서 제조방법.According to claim 3,
A method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid, characterized in that the molar concentration of the copper precursor is 1X10 -3 M to 2X10 -1 M and the molar concentration of the nitric acid is 3M to 10M.
상기 구리전구체, 계면활성제, 질산 및 유기용매를 혼합한 후 가열하는 온도는 120 ℃ 내지 170 ℃ 이고 상기 중간상을 소결하는 온도는 230 ℃ 내지 270 ℃ 사이로 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 젖산 측정용 바이오센서 제조방법. According to claim 3,
Bio for measuring lactic acid, characterized in that the heating temperature after mixing the copper precursor, surfactant, nitric acid, and organic solvent is 120 ℃ to 170 ℃, and the temperature for sintering the intermediate phase is 230 ℃ to 270 ℃. Sensor manufacturing method.
상기 열처리 단계에서, 200℃ 내지 300℃ 온도에서 열처리 하는 것을 특징으로 하는 젖산 측정용 바이오센서 제조방법.According to claim 1,
In the heat treatment step, a method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid, characterized in that heat treatment is performed at a temperature of 200 ℃ to 300 ℃.
상기 유기 불순물 제거 단계에서, 상기 유기 용매는 에탄올, 아세톤 및 아이소프로필 알코올에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 젖산 측정용 바이오센서 제조방법. According to claim 1,
In the organic impurity removal step, the organic solvent is a method of manufacturing a biosensor for measuring lactic acid, characterized in that one selected from ethanol, acetone, and isopropyl alcohol.
젖산 센싱 감도가 80.33μA/mM(cm2) 이상인 것을 특징으로 하는 젖산 측정용 바이오센서.
According to clause 9,
A biosensor for measuring lactic acid, characterized by a lactic acid sensing sensitivity of 80.33μA/mM (cm 2 ) or more.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210088383A KR102656290B1 (en) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | Menufacturing method of biosensor for sensing lactic acid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210088383A KR102656290B1 (en) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | Menufacturing method of biosensor for sensing lactic acid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230008289A KR20230008289A (en) | 2023-01-16 |
| KR102656290B1 true KR102656290B1 (en) | 2024-04-11 |
Family
ID=85109952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210088383A KR102656290B1 (en) | 2021-07-06 | 2021-07-06 | Menufacturing method of biosensor for sensing lactic acid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102656290B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001257209A (en) | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Kobe Steel Ltd | Method for forming wiring film and wiring structure |
| JP2005311083A (en) | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
| US20140296062A1 (en) | 2012-09-25 | 2014-10-02 | University Of Connecticut | Mesoporous metal oxides and processes for preparation thereof |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108918625B (en) | 2018-07-27 | 2020-11-24 | 三诺生物传感股份有限公司 | Preparation method of biological sensing membrane, biological sensing membrane and monitoring device |
| KR102180500B1 (en) * | 2018-11-30 | 2020-11-19 | 한국생산기술연구원 | Processes for preparation Mesoporous copper oxide |
-
2021
- 2021-07-06 KR KR1020210088383A patent/KR102656290B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001257209A (en) | 2000-03-10 | 2001-09-21 | Kobe Steel Ltd | Method for forming wiring film and wiring structure |
| JP2005311083A (en) | 2004-04-21 | 2005-11-04 | Sanyo Electric Co Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
| US20140296062A1 (en) | 2012-09-25 | 2014-10-02 | University Of Connecticut | Mesoporous metal oxides and processes for preparation thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230008289A (en) | 2023-01-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tajik et al. | Recent developments in electrochemical sensors for detecting hydrazine with different modified electrodes | |
| Li et al. | An improved sensitivity nonenzymatic glucose biosensor based on a CuxO modified electrode | |
| Niu et al. | Nonenzymatic electrochemical glucose sensor based on novel Pt–Pd nanoflakes | |
| Meng et al. | Nonenzymatic electrochemical detection of glucose based on palladium− single-walled carbon nanotube hybrid nanostructures | |
| Wang et al. | Three-dimensional network films of electrospun copper oxide nanofibers for glucose determination | |
| Li et al. | Hydrogen peroxide sensing using Cu2O nanocubes decorated by Ag-Au alloy nanoparticles | |
| Ensafi et al. | Characterization of MgFe2O4 nanoparticles as a novel electrochemical sensor: application for the voltammetric determination of ciprofloxacin | |
| Haghparas et al. | Fabrication of non-enzymatic electrochemical glucose sensor based on nano-copper oxide micro hollow-spheres | |
| Su et al. | MoS 2–Au@ Pt nanohybrids as a sensing platform for electrochemical nonenzymatic glucose detection | |
| Zhao et al. | Facile preparation of Cu–Cu 2 O nanoporous nanoparticles as a potential catalyst for non-enzymatic glucose sensing | |
| Lee et al. | A coral-like macroporous gold–platinum hybrid 3D electrode for enzyme-free glucose detection | |
| Li et al. | An enhanced Nonenzymatic Electrochemical Glucose Sensor Based on Copper‐Palladium Nanoparticles Modified Glassy Carbon Electrodes | |
| Tavakolian et al. | Ethanol electrooxidation at carbon paste electrode modified with Pd–ZnO nanoparticles | |
| Shamsipur et al. | Highly sensitive non-enzymatic electrochemical glucose sensor by Nafion/SBA-15-Cu (II) modified glassy carbon electrode | |
| Zhu et al. | Ratiometric electrochemical sensing based on Mo 2 C for detection of acetaminophen | |
| Peng et al. | Free‐standing 3D electrodes for electrochemical detection of hydrogen peroxide | |
| Yin et al. | PEG-templated assembling of Co 3 O 4 nanosheets with nanoparticles for enhanced sensitive non-enzymatic glucose sensing performance | |
| Li et al. | Novel bamboo leaf shaped CuO nanorod@ hollow carbon fibers derived from plant biomass for efficient and nonenzymatic glucose detection | |
| Olejnik et al. | A flexible Nafion coated enzyme‐free glucose sensor based on Au‐dimpled Ti structures | |
| Salarizadeh et al. | NiO–MoO3 nanocomposite: A sensitive non-enzymatic sensor for glucose and urea monitoring | |
| Fang et al. | A highly sensitive nonenzymatic glucose sensor based on Cu/Cu2O composite nanoparticles decorated single carbon fiber | |
| Atta et al. | The electrochemistry and determination of some neurotransmitters at SrPdO3 modified graphite electrode | |
| Song et al. | A novel electrochemical sensor based on the copper-doped copper oxide nano-particles for the analysis of hydrogen peroxide | |
| Vinoth et al. | Development of an electrochemical enzyme-free glucose sensor based on self-assembled Pt–Pd bimetallic nanosuperlattices | |
| Niu et al. | Simultaneous electrochemical detection of gallic acid and uric acid with p-tert-butylcalix [4] arene-based coordination polymer/mesoporous carbon composite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |