KR20090093638A - 산화아연 양자점 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 혈당센서 - Google Patents

산화아연 양자점 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 혈당센서

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KR20090093638A
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Abstract

본 발명은 산화아연 양자점 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 혈당 센서에 관한 것으로, 아연 전구체에 계면활성제 역할을 하는 멀캡토 언데카노익 에시드(Mercapto Undecanoic Acid; MUA)를 첨가하여 산화아연 양자점을 제조 공정을 간소화하고, 멀캡토 언데카노익 에시드(Mercapto Undecanoic Acid; MUA)로 표면처리된 산화아연 양자점에 포도당 산화효소를 결합하여 혈당 수치를 용이하게 측정할 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

산화아연 양자점 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 혈당 센서{Method of Fabricating ZnO quantum dot and Glucose Sensor Using The Same}
본 발명은 독성이 없고 생화학적으로 안정한 물질로 생체 라벨(label) 및 전기화학적 응용분야에서 이용가치가 높은 산화아연에 멀캡토 언데카노익 에시드(Mercapto Undecanoic Acid; MUA) 물질로 표면 처리하고 바이오물질과 쉽게 결합 할 수 있도록 하여 산화아연 양자점을 용이하게 제조하고 및 이를 이용한 혈당센서를 형성하는 기술에 관한 것이다.
최근 의약분야에서 혈액을 포함한 생체 시료를 분석하기 위한 것으로 전기화학적 바이오센서의 사용이 증가하고 있다.
바이오센서란 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적 요소를 이용하거나 또는 생물학적 요소를 모방하는 것을 사용하여 색, 형광, 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호로 변환시켜주는 시스템이라 할 수 있다.
이러한 바이오센서는 불과 몇 년 전까지만 하더라도 주로 임상적인 수요가 큰 혈당(blood glucose) 센서에 집중되었으나, 최근 분자생물학, 나노테크놀로지(NT) 및 정보통신기술(IT)의 급격한 발달로 다분야의 특성을 접목한 다양한 센서의 개발이 시도되고 있고, 단순한 생화학적 측면의 목적에 더하여 대량검색과 다중측정 또는 다중진단이라는 관점에서 많은 관심을 끌고 있다.
바이오센서에 대한 수요가 가장 많은 분야는 알려진 바와 같이 의료부문으로, 자유로운 이동이 가능하면서 즉각적인 감지가 가능하여 의료분야에서 위험도가 높은 약품의 사용을 용이하게 하고, 중환자에 대한 신속한 진료도 가능하게 하므로, 의료분야에서 지속적인 수요 확대가 예상되고 있다.
상기와 같이 의료분야에 적용되는 것으로는 생체 시료에 있는 특정 물질, 예컨대 혈액 중의 혈당, 콜레스테롤 등을 선택적으로 정량 분석할 수 있는 바이오센서를 들 수 있으며, 전 세계 각 제조사들을 중심으로 성능 개선 및 신기술 개발을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
현재까지 가장 많이 쓰고 있는 바이오센서로는 혈당 측정을 위한 혈당센서(glucose sensor)를 들 수 있는 바, 혈당센서의 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
혈당센서는 포도당을 산화시키는 글루코스 산화제(glucose oxidase)를 폴리아크릴아미드의 겔막에 포괄고정화시켜 이 막을 격막 센서 전극 위에 부착시켜서 만든 최초의 센서를 바탕으로 현재까지 끊임없이 발전되어 왔다.
혈당센서에 사용되는 효소인 글루코스 산화제는 쉽고 값싸게 구할 수 있고, 다른 효소보다 pH, 이온강도, 온도에 대해 안정하며, 글루코스 산화제가 글루코스를 산화시키는 최적조건이 사람 혈액 속의 글루코스 농도와 일치한다는 이유로 널리 사용되고 있다.
상기와 같은 혈당센서의 분석법은 크게 광도법(photometeric method)과 전기화학법(electrochemical method)으로 나눌 수 있으며, 광도법과 전기화학법 모두 기본적으로는 글루코스와 반응하여 글루코스를 산화시킬 수 있는 산화효소를 사용한다.
광도법에서는 글루코스가 산화될 때 색의 변화를 가져오는 색소원을 사용하여 색의 변화 정도를 광도계(photometer)를 사용하여 빛의 반사도 또는 투과도를 측정함으로써 정량화한다.
이에 비해서 전기화학법은 글루코스가 산화될 때 산소 또는 산화된 매개체가 과산화수소 또는 환원된 매개체로 바뀌고 다시 산화되어 원래의 산화된 형태로 되돌아올 때 발생하는 전자를 전극을 이용해 흐르는 전류 형태로 측정하여 글루코스를 정량화한다.
광도법은 일반적으로 전기화학법에 비해 측정시간이 길고, 상대적으로 많은 양의 혈액을 필요로 하며, 생체 시료의 혼탁도에 기인한 측정오차 등으로 인해 중요한 생체물질을 분석하는데 어려움이 수반된다.
따라서, 최근에는 전극을 형성한 뒤 스크린 프린팅(screen printing) 방법, 필름접착방법 등을 이용하여 분석시약이 고정되는 부분만을 노출시키고 나머지 부분을 차단시킨 상태에서 시료 내 측정 성분과 반응하는 분석시약을 노출된 부분에 도포 및 고정시키고, 혈액 등 생체 시료가 도입된 후 일정 전위를 적용하여 생체 시료 중의특정 물질을 정량적으로 측정하는 전기화학법이 바이오센서에 많이 응용되고 있다.
전기화학법은 절연기판상에 직사각형 모양의 작업전극(working electrode)과 기준전극(reference electrode)이 길게 형성되고, 절연기판의 타측에는 인식전극이 형성된 혈당센서를 이용한다.
여기서, 인식전극은 작업전극과 기준전극을 가로질러 고정된 시약이 어떤 물질을 검출하기 위한 것이냐에 따라 결정된 테스트 스트립상의 소정 위치에 형성되며, 이러한 테스트 스트립이 바이오센서 측정기에 삽입되면 바이오센서 측정기는 테스트 스트립상에서의 인식전극 위치를 식별하므로 테스트 스트립이 어떤 물질을 분석하기 위한 것인가를 식별할 수 있게 된다.
상기와 같은 테스트 스트립을 제조하기 위해서는 절연기판상의 소정 영역에 전극물질을 스퍼터링하여 전극을 형성시킨 뒤, 분석시약이 고정되는 부분만을 노출시키고 나머지 부분을 차단시킨 상태에서 시료 내 측정 성분과 반응하는 분석시약을 노출된 부분에 도포 및 고정시키는 과정을 거치게 된다.
한편, 상기와 같이 작업전극을 통하여 전자 전달이 이루어지는 바이오센서에서, 시료 투입 후에 작업전극에서 나타나는 반응을 통해 전자가 생성되면서 일정 시간 동안 전류신호가 발생하며, 이 전류신호를 측정기가 읽어서 시료 내 해당 성분을 정량 분석하게 된다.
이때, 작업전극에서 동일한 반응이 일어날 경우 동일한 전류신호가 발생해야 한다.
즉, 여러 개의 테스트 스트립을 이용해 측정을 하더라도 같은 성분의 동일한 시료(측정 대상이 되는 성분이 동일)에 대해서는 작업전극에서 시료 내 성분과 시약의 반응이 동일하므로, 동일한 전류신호가 출력되어야 하는 것이다.
하지만, 이는 제작된 모든 테스트 스트립에 대하여 시약이 고정되는 작업전극 부분(반응부)의 면적, 즉 작업전극에서 시약이 고정되는 부분의 면적(작업전극의 반응부 면적) 및 테스트 스트립 마다 모두 동일해야 하는 것을 전제로 한다.
만약, 제조공정상에서 테스트 스트립 마다 시약고정부 내 작업전극 부분(반응부)의 면적에 차이가 발생하도록 제작된다면, 작업전극에서 시료 내 성분과 시약 간 반응부의 면적이 달라지는 것이므로, 동일한 시료라 하더라도 출력되는 전류신호에는 차이가 발생할 수밖에 없다.
따라서, 측정오차를 줄이고 신뢰도를 높이기 위해서는 모든 테스트 스트립에서 작업전극의 반응부면적, 즉 작업전극에서 시약이 고정되는 부분의 면적이 미세한 오차 없이 동일한 면적이 되어야 함은 당연하다.
하지만, 실제 제조공정에서 테스트 스트립 마다 작업전극의 반응부(시약이 고정되는 부분) 면적을 미세 오차 없이 완전히 동일하게 제조하기란 어려운 일이며, 따라서 공정오차를 최대한 줄여 작업전극에서의 반응부 면적 오차를 줄이고, 이를 통해 측정오차를 최대한 줄이는데 초점을 맞추고 있다.
이를 위해서는 제조공정 동안 테스트 스트립 마다 스크린 프린팅 또는 필름접착 등 방법에 의한 인슐레이팅 실시 시에 노출되는 시약고정부의 면적, 특히 작업전극에서 시약이 고정되는 부분의 면적을 공정오차를 줄여서 가능한 한 동일하게 하여야 하나, 아직 개선을 위한 연구나 노력이 미흡한 실정이다.
본 발명은 여러 단계를 거치지 않고 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)를 계면활성제로 이용하여 바이오 물질과 쉽게 결합할 수 있는 상태의 산화아연 양자점을 한 번에 합성하고, 그 표면에 포도당 산화효소 고정화시킴으로써, 기존의 전기화학으로 포도당의 농도를 검출하는 방법보다 더 효율적인 혈당 센서를 제공할 수 있도록 하는 산화아연 양자점 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 혈당 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 산화아연 양자점 제조 방법은 제 1 에탄올에 아연 전구체 및 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)를 첨가하여 제 1 용액을 형성하는 단계와, 수산화나트륨을 제 2 에탄올에 녹인 제 2 용액을 상기 제 1 용액에 넣고 교반시켜서 산화아연 양자점이 에탄올에 녹아있는 상태의 제 3 용액을 형성하는 단계와, 상기 제 3 용액의 산화아연 양자점을 세척하고, 버퍼 용액에 분산시키는 단계 및 상기 산화아연 양자점을 포함하는 버퍼 용액에 n-hydroxysulfo-succinimide(Sulfo-NHS), 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide(EDC) 및 포도당 산화효소를 첨가한 후 교반시켜 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제 1 에탄올 및 상기 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)의 첨가 비는 100:20 ~ 100:25이고, 상기 제 1 에탄올은 15 ~ 25㎖ 첨가하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 3 용액 형성 단계에서 교반 공정은 40 ~ 60℃의 온도에서 11 ~ 13시간 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 3 용액을 세척하는 단계는 4 ~ 6회 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 3 용액을 세척하는 단계는 제 3 용액에 탈이온화된 물(Deionized Water)을 첨가한 후 원심분리기를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 3 용액에 포함된 에탄올 대 탈이온화된 물(Deionized Water)의 비율은 100:80 ~ 100:100가 되도록 하는 것을 특징으로 하고, 상기 제 3 용액을 세척하는 단계는 클로로폼 및 메탄올을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 버퍼 용액은 에탄올 또는 클로로폼을 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점을 형성한 후 세척 및 버퍼 용액에 분산시키는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명에 따른 혈당 센서는 상술한 방법으로 제조되어 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)로 표면처리 되어 생체 친화적인 계면활성제로 다시 치환하지 않고 생체 물질과 잘 결합 할 수 있는 산화 아연 합성의 제조 방법과 그 산화아연에 포도당 산화효소를 고정화시킨후에 광루미네센스 강도에 따른 당수치의 측정하는 것을 제공함으로써, 기존의 전기화학 방법에서의 여러 가지 문제점들을 해결하여 당 만이 아닌 다른 바이오 물질들의 검출할 수 있도록하는 효과를 제공한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 산화아연 양자점 제조 방법을 도시한 개략도들.
도 2은 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 산화아연 양자점을 XRD 분석한 결과 그래프.
도 3은 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 산화아연 양자점을 UV-Visable 스펙트럼(spectrum) 분석한 결과 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 산화아연 양자점을 PL 분석한 결과 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 산화아연 양자점의 푸리에 변화 적외선 측정기(FTIR spectrum)로 표면 분석한 결과.
도 6은 포도당 농도 변화에 따른 광루미네센스를 나타낸 그래프.
도 7은 포도당 농도 변화에 따른 광루미네센스 강도의 변화를 나타낸 그래프.
산화아연 양자점은 3.26eV의 넓은 띠간격을 가지고 있고 큰 여기자 결합 에너지(exciton energy) 60mV를 가지고 있다. 산화아연의 이러한 특성 때문에 레이저 다이오드(LD), 발광다이오드(LED)등의 분야에서 응용가능하다. 또한 전자로부터 전기적으로 그리고 광학적으로 반응을 잘하고 또한 생화학적으로 안정성을 가지고 있으며 다른 화합물들과 달리 독성이 없어서 생체분야에서 매우 각광 받고 있는 물질이다. 이러한 산화아연에 글루코스 옥시데이즈라는 생체 물질을 결합하면 글루코스양에 따라 전자가 발생되는 양이 달라져 글루코스를 측정할 수 있는 바이오센서를 만들 수 있다.
이하 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 산화아연 양자점 제조 방법을 도시한 개략도들로, 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)로 표면 처리된 산화아연 양자점에 포도당 산화효소를 고정화하는 공정을 도시한 것이다.
도 1a를 참조하면, 플라스크(100) 내에 제 1 용액(120)을 넣고, 제 1 용액에(120) 아연 전구체(Zn precursor)와 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)를 첨가한다. 이때, 제 1 용액(120)은 에탄올(Ethanol) 용액을 15 ~ 25㎖ 사용하며, 아연 전구체 대 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)의 몰비는 100:20 ~ 100:25가 되도록 하는 것이 바람직하다.
다음에는, 바이얼(vial)에 수산화나트륨 1M 및 에탄올 20㎖에 넣고 수산화나트륨을 완전히 탈리시킨 제 2 용액을 제조한다.
그 다음에는, 제 2 용액을 제 1 용액(120)에 넣고 40 ~ 60℃의 온도에서 11 ~ 13시간동안 교반 시키면 제 1 용액(120) 내에 산화아연 양자점이 제조된다.
도 1b는 산화아연 양자점(150)에 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA) 결합된 모양을 나타낸 것이다.
멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)가 산화아연의 표면에 결합된 이유는 두가지 메커니즘으로 규명된다.
한 가지는 산화아연 표면의 하이드록실 그룹(-OH)과 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA) 결합 안에 있는 카르복실 그룹(-COOH)과의 탈수반응에 의한 결합이고, 또 다른 하나는 산화아연 표면에 있는 산소 원자와 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA) 안에 있는 thiloate(SH) 그룹속에 속해 있는 황아연 과의 치환반응에 의한 결합이다.
이러한 두 가지 이유들로 인해 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA) 산화아연 표면을 잘 감싼 형태의 산화아연 양자점(150)이 형성되는 것이다.
도 1c는 산화아연 양자점(150)을 에탄올에 분산시키고, 에탄올에 분산되어 있는 양자점(150)을 버퍼솔루션과 에탄올을 이용하여 다시 세척한 후 버퍼솔루션에 분산시킨다.
여기서, 버퍼솔루션은 인산식염수(PHOSPHATE BUFFER SOLUTION)를 사용하며 용액의 pH를 중성(pH7.4)에 맞추도록 하는 역할을 한다. 또한, 세척용과 분산용 버퍼솔루션은 동일한 것을 사용한다.
다음에는, 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)가 치환된 산화아연 양자점(150)을 포함하는 용액에 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)와 n - hydroxysulfo - succinimide(Sulfo-NHS), 1 - Ethyl - 3(3 - dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) 및 포도당 산화효소를 혼합하여 주어 산화아연 양자점(150)의 표면의 카르복실 그룹을 활성화 시키고, 포도당 산화효소 표면의 아민 그룹과 커플링(coupling) 반응을 유도하여 포도당 산화효소를 산화아연 양자점(150)의 표면에 고정화 시킨다. 이때, n - hydroxysulfo - succinimide(Sulfo-NHS) 40 ~ 60mM, 1 - Ethyl - 3 - (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide(EDC) 10 ~ 20mM 및 포도당 산화효소 0.6㎎/㎖ ~ 1mg/ml를 첨가하고, 용액을 150 ~ 250 rpm 정도로 천천히 교반 시켜주는 것이 바람직하다.
마지막으로 세척 공정을 수행한다. 여기서, 세척공정은 버퍼용액을 원심분리기에 넣고 돌려서 산화아연 양자점 분말을 얻고, 이렇게 얻은 산화아연 양자점 분말을 다시 세척하고 버퍼용액에 분산시키는 공정을 4 ~ 6회 실시하는 것이 바람직하다. 이때, 세척된 산화아연 양자점(150)은 4 ~ 5㎖ 버퍼용액에 분산을 시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제조되어 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점을 포함하는 버퍼용액에 용액에 당을 일정농도 씩 증가시켜 떨어뜨리면, 당 농도에 따라서 산화아연 양자점에 광학적 변화가 나타나게 된다. 이러한 광학적 변화를 광루미네센스(photoluminescence)라고 하며, 그 광루미네센스의 변화를 측정하면 당수치를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
여기서, 광루미네센스란 포토루미네선스라고도 하며 루미네센스란 물질이 빛이나 전기, 방사선 등의 에너지를 흡수하여 여기(勵起)상태가 되고, 그것이 바닥상태로 돌아갈 때 흡수한 에너지를 빛으로서 방출하는 현상을 말한다.
광루미네센스는 빛에 의한 여기로 생기는 루미네센스로 일반적으로 자극광(조사광)의 파장과 같거나, 그보다 긴 파장의 빛이 나온다. 발광중심이 직접 빛을 흡수하여 여기되어 발광하는 경우와, 빛의 흡수로 말미암아 생긴 캐리어가 발광 중심에 포착되어 발광하는 경우가 있다. 따라서 이러한 광루미네센스를 측정하는 광루미네센스 스펙트럼을 이용하여 혈당을 측정할 수 있는 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 산화아연 양자점의 제조 및 포도당 산화효소의 고정 방법에 대한 구체적인 실시예를 제시하기로 한다. 다만, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략한다.
[실시예]
먼저, 아연 전구체 및 아세테이트와 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)를 에탄올에 잘 녹인 후 교반시켜서 제 1 용액을 형성한다.
다음에는, 에탄올에 수산화나트륨을 녹인 제 2 용액을 제 1 용액에 넣고 50℃의 온도에서 12시간 정도 가열하면서 교반시켜 산화아연 양자점이 에탄올에 녹아있는 상태의 제 3 용액을 형성한다.
그 다음에는, 제 3 용액에 탈이온화된 물(Deionized Water)을 100:80 ~ 100:100 비율로 섞어 원심분리기에 넣고 돌려서 산화아연 양자점을 세척하면서 분말을 얻고, 산화아연 양자점 분말을 다시 에탄올에 분산시킨다. 이와 같은 세척 공정은 4 ~ 6회 실시하는 것이 바람직하다.
그 다음에는, 산화아연 양자점을 버퍼용액을 이용하여 다시 세척하여 pH 7정도로 맞춰준다.
그 다음에는, 산화아연 양자점이 분산되어 있는 버퍼 용액에 n - hydroxysulfo - succinimide(Sulfo-NHS), 1 - Ethyl - 3 - (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide(EDC) 및 포도당 산화효소를 넣고 포도당 산화효소와 반응시켜 산화아연 양자점에 포도당 산화효소가 고정될 수 있도록 한다.
마지막으로 세척을 한 번 더 수행하고, 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점 용액에 당을 넣어 광루미네센스의 증가치를 확인한다.
[비교예]
상기 실시예에서 제 1 용액의 제조 시 아연아세테이트를 넣지 않고 질산아연(Zn(NO3))합성을 한 다음, 상기 실시예와 동일하게 산화아연 양자점을 제조한다.
[특성분석]
상기와 같이 제조된 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점에 대하여 UV-visible, XRD, PL 또는 FT-IR 분석을 실시한다.
[특성분석 결과]
도 2은 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 산화아연 양자점을 XRD 분석한 결과 그래프이다.
도 2를 참조하면, 제조된 산화아연 양자점의 크기가 3nm 정도 되고 높은 결정성을 가진 헥사고날 워자이트(hexagonal wurtzite)상을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 산화아연 양자점을 UV-Visable spectrum 분석한 결과 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제조된 산화아연 양자점이 374위치에서 산화아연 고유의 광학특성이 나타나고, 550정도 위치에서 넓은 픽이 나타나는데 이것은 산화아연 표면의 트랩자리(trap site)로 인해 발생하는 것이다. 또 다른 이유로는 산화아연 안에 하나로 이온화된 산소 정공과 홀의 재결합으로 인한 것이다. 이러한 초록빛 방출은 분말의 사이즈가 감소될수록 픽의 강도가 증가한다.
도 4는 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 산화아연 양자점을 PL 분석한 결과 그래프이다.
도 4를 참조하면, 스톡스 쉬프트(stokes shift)로 인해 PL에서 나타난 픽보다 더 작은 파장대에서 나온다. UV-Visable spectrum 결과나 PL결과 모두 파란색 이동(blue shift)이 일어났다. 이것은 양자구속효과로 인해 일어나는 현상이다.
상기 도 3에서의 픽은 벌크상태일 때 나타나는 상기 도 4의 픽의 위치(383nm)보다 왼쪽(347nm)에서 나타난다. 본 발명에서 합성한 물질이 나노물질로서 그 특징이 나타나고 있음을 표현한 것입니다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 산화아연 양자점의 푸리에 변화 적외선 측정기(FTIR spectrum)로 표면 분석한 결과이다.
도 5를 참조하면, 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)로 둘러싸인 산화아연 양자점의 표면 분석결과 2928 및 2842 cm-1 는 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)의 긴 알카인(Alkane) 체인의 -CH2 를 나타내주고, 3418에서 나타난 픽은 -OH 그룹을 나타낸다. 1378과 1565의 픽은 C-OH와 -C-H 결합을 나타내고 468은 아연과 황의 결합을 나타낸다. 이 결과를 통해 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)가 산화아연 양자점의 표면을 잘 둘러싸고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 형성한 산화아연 양자점을 이용하여 혈당 센서를 제조하면 다음과 같다.
먼저, 광루미네센스를 측정하기 위해 사면이 석영으로 이루어진 석영 셀(1× 1㎝)을 준비하고, 상기 셀에 실시예에 의해 만들어진 용액 1.5 ~ 2.5㎖를 넣어준다.
다음에는, 용액에 0.01 ~ 0.02㎖의 극소량 포도당을 넣어주면서 픽의 강도를 측정한다.
도 6은 포도당 농도 변화에 따른 광루미네센스를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 혈당의 양이 증가 할수록 자외선 영역의 픽의 강도가 증가 하는 것을 알 수 있다. 11.1mM 이상에서는 픽의 강도가 더 이상 증가하지 않는다.
도 7은 포도당 농도 변화에 따른 광루미네센스 강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, PL 픽이 11.1mM부터 선형적으로 증가한다. 이것을 통해 포도당 산화효소가 고정된 산화아연을 이용하여 포도당을 측정 할 수 있음을 알 수 있다.
여기서, 포도당 양에 따란 PL의 강도가 증가하는 이유는 아래와 같다.
포도당(D-glucose)이 포도당 산화효소가 고정된 산화아연 양자점을 포함하는 용매에 들어가면 두 개의 양자와 전자가 생성되어 포도당 산화제의 조효소인 리보플라빈아데닌디뉴클레오티드(FAD)로 전달되는데 두개의 양자는 다시 아래와 같이 반응한다.
두 개의 전자는 리보플라빈아데닌디뉴클레오티드(FAD)을 거쳐서 산화아연 양자점으로 전달되고 전자가 전도대에서 가전자대로 이동하면서 광루미네선스를 더 증가시키게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 제 1 에탄올에 아연 전구체 및 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)를 첨가하여 제 1 용액을 형성하는 단계;
    수산화나트륨을 제 2 에탄올에 녹인 제 2 용액을 상기 제 1 용액에 넣고 교반시켜서 산화아연 양자점이 에탄올에 녹아있는 상태의 제 3 용액을 형성하는 단계;
    상기 제 3 용액의 산화아연 양자점을 세척하고, 버퍼 용액에 분산시키는 단계; 및
    상기 산화아연 양자점을 포함하는 버퍼 용액에 n-hydroxysulfo-succinimide(Sulfo-NHS), 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide(EDC) 및 포도당 산화효소를 첨가한 후 교반시켜 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 에탄올 및 상기 멀캡토 언데카노익 에시드(MUA)의 첨가 비는 100:20 ~ 100:25이고, 상기 제 1 에탄올은 15 ~ 25㎖ 첨가하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 용액 형성 단계에서 교반 공정은 40 ~ 60℃의 온도에서 11 ~ 13시간 수행하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 용액을 세척하는 단계는 4 ~ 6회 수행하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 용액을 세척하는 단계는 제 3 용액에 탈이온화된 물(Deionized Water)을 첨가한 후 원심분리기를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 용액에 포함된 에탄올 대 탈이온화된 물(Deionized Water)의 비율은 100:80 ~ 100:100가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 용액 내의 산화아연 양자점을 세척하는 단계는 클로로폼 및 메탄올을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 버퍼 용액은 에탄올 또는 클로로폼을 사용하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점을 형성한 후 세척 및 버퍼 용액에 분산시키는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 산화아연 양자점 제조 방법.
  10. 청구항 제 1 항에서 제조한 포도당 산화효소가 고정화된 산화아연 양자점을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 혈당 센서.
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