KR20090093640A - Method of Fabricating CdSe/ZnS quantum dot and Glucose Sensor Using The Same - Google Patents

Method of Fabricating CdSe/ZnS quantum dot and Glucose Sensor Using The Same

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KR20090093640A
KR20090093640A KR1020080019278A KR20080019278A KR20090093640A KR 20090093640 A KR20090093640 A KR 20090093640A KR 1020080019278 A KR1020080019278 A KR 1020080019278A KR 20080019278 A KR20080019278 A KR 20080019278A KR 20090093640 A KR20090093640 A KR 20090093640A
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Abstract

A method for manufacturing of zinc oxide cadmium/zinc oxidase quantum is provided to easily bind with a bio material and improve the detection sensitivity of glucose concentration. A method for manufacturing cadmium selenide/zinc sulfide quantum dot comprises: a step of ionizing a cadmium to prepare a first solution; a step of ionizing selenium to make a second solution; a step of adding the second solution to make a third solution having cadmium selenide quantum dot; a step of ionizing zinc and sulfur to make a fourth solution; a step of adding the fourth solution in the third solution to prepare a fifth solution; a step of preparing sixth and seventh solution; and a step of adding n-hydroxysulfo-succinimide, 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide and glucose oxidase to fix the glucose oxidase in the cadmium selenide/zinc sulfide quantum dot.

Description

카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 혈당 센서{Method of Fabricating CdSe/ZnS quantum dot and Glucose Sensor Using The Same}Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method and blood glucose sensor formed using the same {Method of Fabricating CdSe / ZnS 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 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA) 물질로 표면 처리하고 바이오물질과 쉽게 결합 할 수 있도록 하여 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 용이하게 제조하고 및 이를 이용한 혈당센서를 형성하는 기술에 관한 것이다.The present invention is a non-toxic, biochemically stable material, which is surface treated with a mercapto arsenic acid (MAA) material in zinc oxide, which has high value in biolabel and electrochemical applications. The present invention relates to a technique for easily preparing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots and forming a blood glucose sensor using the same.

최근 의약분야에서 혈액을 포함한 생체 시료를 분석하기 위한 것으로 전기화학적 바이오센서의 사용이 증가하고 있다.Recently, the use of electrochemical biosensors for analyzing biological samples including blood in the pharmaceutical field is increasing.

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.A biosensor is a system that uses biological elements or mimics biological elements to obtain information from an object to be converted into useful signals that can be recognized, such as color, fluorescence, and electrical signals.

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.These biosensors focused mainly on blood glucose sensors with high clinical demand until just a few years ago. However, recent advances in molecular biology, nanotechnology (NT) and information and communication technology (IT) have led to the development of multi-sensor characteristics. The development of various sensors incorporating the PSA has been attempted, attracting much attention in terms of mass retrieval, multi-measurement or multi-diagnosis in addition to the purpose of simple biochemical aspects.

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.The most demanded fields for biosensors are known as the medical sector, which allows for free movement and immediate detection, which facilitates the use of high-risk drugs in the medical field and enables rapid medical care for critically ill patients. At the same time, demand is expected to continue to grow in the medical sector.

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, 전세계 각 제조사들을 중심으로 성능 개선 및 신기술 개발을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.As applied to the medical field as described above may include a biosensor capable of selectively quantitative analysis of specific substances in biological samples, such as blood glucose, cholesterol, etc., and improved performance and development of new technologies around the world's manufacturers. Various studies are in progress.

현재까지 가장 많이 쓰고 있는 바이오센서로는 혈당 측정을 위한 혈당센서(glucose sensor)를 들 수 있는 바, 혈당센서의 예를 들어 설명하면 다음과 같다.The most commonly used biosensors to date include a glucose sensor for measuring blood glucose, which is described as an example of a glucose sensor.

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.Blood glucose sensors have been constantly developed to date based on the first sensor made by incorporating glucose oxidase, which oxidizes glucose, onto a polyacrylamide gel membrane and attaching it to the diaphragm sensor electrode.

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.Glucose oxidant, an enzyme used in blood glucose sensors, can be obtained easily and cheaply, and is more stable against pH, ionic strength, and temperature than other enzymes. It is widely used.

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.The analysis method of the above blood glucose sensor can be largely divided into photometeric method and electrochemical method. Both photometric and electrochemical methods basically use an oxidase which can react with glucose to oxidize glucose. do.

광도법에서는 글루코스가 산화될 때 색의 변화를 가져오는 색소원을 사용하여 색의 변화 정도를 광도계(photometer)를 사용하여 빛의 반사도 또는 투과도를 측정함으로써 정량화한다.Photometric method quantifies the degree of color change by measuring the reflectance or transmittance of light using a photometer using a dye source that produces a color change when glucose is oxidized.

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.In contrast, electrochemistry measures glucose by measuring the electrons generated when oxygen or oxidized mediators are converted to hydrogen peroxide or reduced mediators when glucose is oxidized and then oxidized and returned to their original oxidized form in the form of current flowing through the electrodes. Quantify

광도법은 일반적으로 전기화학법에 비해 측정시간이 길고, 상대적으로 많은 양의 혈액을 필요로 하며, 생체 시료의 혼탁도에 기인한 측정오차 등으로 인해 중요한 생체물질을 분석하는데 어려움이 수반된다.Photometric methods generally require a longer measurement time, require a relatively large amount of blood, and are difficult to analyze important biological materials due to measurement errors due to turbidity of biological samples.

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.Therefore, recently, after forming an electrode, a screen reagent, a film adhesive method, or the like is used to expose an analyte to which only the analyte is fixed, and the remaining reagent is blocked to react with the measurement component in the sample. Electrochemical methods for quantitatively measuring a specific substance in a biological sample by applying and applying a constant potential after coating and fixing the exposed part and introducing a biological sample such as blood have been widely applied to a biosensor.

전기화학법은 절연기판상에 직사각형 모양의 작업전극(working electrode)과 기준전극(reference electrode)이 길게 형성되고, 절연기판의 타측에는 인식전극이 형성된 혈당센서를 이용한다.In the electrochemical method, a blood glucose sensor having a rectangular working electrode and a reference electrode formed on the insulating substrate and a recognition electrode formed on the other side of the insulating substrate is used.

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.Here, the recognition electrode is formed at a predetermined position on the test strip determined according to what substance is fixed by the reagent fixed across the working electrode and the reference electrode, and when the test strip is inserted into the biosensor measuring device, the biosensor measuring device By identifying the position of the recognition electrode on the test strip, it is possible to identify which material the test strip is intended to analyze.

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.In order to manufacture the test strip as described above, the electrode material is formed by sputtering electrode material on a predetermined region on the insulating substrate, and the reaction reacts with the measurement component in the sample while exposing only the part where the analysis reagent is fixed and blocking the remaining part. The reagents are applied and fixed to the exposed part.

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.Meanwhile, in the biosensor in which electrons are transferred through the working electrode as described above, current is generated for a predetermined time while electrons are generated through the reaction appearing at the working electrode after the sample is inputted, and the current signal is read by the measuring device to correspond to the sample. The components will be quantitatively analyzed.

이때, 작업전극에서 동일한 반응이 일어날 경우 동일한 전류신호가 발생해야 한다.In this case, when the same reaction occurs in the working electrode, the same current signal should be generated.

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.That is, even if the measurement using a plurality of test strips for the same sample of the same component (the same component to be measured) the reaction of the component and the reagent in the sample at the working electrode is the same, the same current signal should be output.

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.However, this should be the same for all the test strips manufactured, the area of the working electrode part (reaction part) to which the reagent is fixed, that is, the area of the working electrode to which the reagent is fixed (reaction part area of the working electrode) and the test strips. On the premise that

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.If the test strip is manufactured to have a difference in the area of the working electrode part (reaction part) in the reagent fixing part in the manufacturing process, the area of the reaction part between the sample and the reagent in the working electrode is different. Inevitably, a difference occurs in the current signal.

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.Therefore, in order to reduce the measurement error and increase the reliability, it is natural that the reaction area of the working electrode, that is, the area where the reagent is fixed on the working electrode must be the same area in all test strips without a slight error.

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.However, in the actual manufacturing process, it is difficult to produce the same area of the reaction part (fixed part) of the working electrode for each test strip without a minute error, thus reducing the process error as much as possible, thereby reducing the area of the reaction part in the working electrode. The focus is on reducing measurement errors as much as possible.

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.To this end, the area of the reagent fixing part exposed during screening or film-gluing for each test strip during the manufacturing process, especially the area where the reagent is fixed on the working electrode, is reduced to the same as possible by reducing the process error. However, there is still insufficient research or efforts to improve.

본 발명은 여러 단계를 거치지 않고 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)를 계면활성제로 이용하여 바이오 물질과 쉽게 결합할 수 있는 상태의 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 한 번에 합성하고, 그 표면에 포도당 산화효소 고정화시킴으로써, 기존의 전기화학으로 포도당의 농도를 검출하는 방법보다 더 효율적인 혈당 센서를 제공할 수 있도록 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법 및 이를 이용하여 형성한 혈당 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention synthesizes cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots in a state that can be easily combined with biomaterials using mercapto arsenic acid (MAA) as a surfactant without going through several steps, The method for preparing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots and the blood glucose sensor formed by using the same by fixing glucose oxidase on its surface to provide a blood glucose sensor more efficient than the conventional method of detecting glucose concentration by conventional electrochemistry Its purpose is to provide.

본 발명에 따른 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법은 카드뮴을 이온화시킨 제 1 용액을 형성하는 단계와, 셀레늄을 이온화시킨 제 2 용액을 형성하는 단계와, 상기 제 1 용액이 가열된 상태에서 상기 제 2 용액을 첨가하여 카드뮴셀레나이드 양자점을 포함하는 제 3 용액을 형성하는 단계와, 상기 제 3 용액을 냉각시키는 단계와, 아연 및 황을 이온화시킨 제 4 용액을 형성하는 단계와, 상기 제 3 용액에 상기 제 4 용액을 첨가시켜 표면에 황화아연 껍질이 형성된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 포함하는 제 5 용액을 형성하는 단계와, 상기 제 5 용액을 교반하면서 냉각시키는 단계와, 상기 제 5 용액을 제 1 세척한 후 클로로폼에 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 분산시킨 제 6 용액을 형성하는 단계와, 상기 제 6 용액에 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)를 첨가하여 상기 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점의 표면 리간드를 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)로 치환시키는 단계와, 상기 제 6 용액을 제 2 세척한 후 클로로폼에 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 분산시킨 제 7 용액을 형성하는 단계와, 상기 제 7 용액에 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA), n-hydroxysulfo-succinimide(Sulfo-NHS), 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide(EDC) 및 포도당 산화효소를 첨가하여 상기 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 포도당 산화효소를 고정화를 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method according to the present invention comprises the steps of forming a first solution ionized cadmium, forming a second solution ionized selenium, the first solution in the heated state Adding a second solution to form a third solution comprising cadmium selenide quantum dots, cooling the third solution, forming a fourth solution ionized with zinc and sulfur, and Adding a fourth solution to the solution to form a fifth solution including cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots having a zinc sulfide shell formed on the surface thereof, cooling the fifth solution while stirring the fifth solution; First washing the solution to form a sixth solution in which cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots are dispersed in chloroform, and mercapto arsenic in the sixth solution. Replacing the surface ligands of the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots with mercapto arsenic acid (MAA) by adding a seed (Mercapto Arsenic Acid; MAA), and washing the sixth solution in a second And then forming a seventh solution in which cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots are dispersed in chloroform, and mercapto arsenic acid (MAA) and n-hydroxysulfo-succinimide (Sulfo-NHS) in the seventh solution. ), 1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and the addition of glucose oxidase, characterized in that it comprises the step of immobilizing the glucose oxidase on the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots.

아울러, 본 발명에 따른 혈당 센서는 상술한 방법으로 제조되어 포도당 산화효소가 고정화된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the blood glucose sensor according to the present invention is manufactured by the above-described method, characterized in that formed using cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots immobilized glucose oxidase.

본 발명은 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)로 표면처리 되어 생체 친화적인 계면활성제로 다시 치환하지 않고 생체 물질과 잘 결합 할 수 있는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점의 제조 방법과 그 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 포도당 산화효소를 고정화시킨후에 광루미네센스 강도에 따른 당수치의 측정하는 혈당 센서를 제공함으로써, 기존의 광도법 또는 전기화학 방법에서의 여러 가지 문제점들을 해결할 수 있고, 당 만이 아닌 다른 바이오 물질들의 검출할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.The present invention provides a method for producing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots that can be well surface-treated with mercapto arsenic acid (MAA) and can be combined with biological materials without being replaced with biocompatible surfactants and cadmium thereof. By fixing glucose oxidase on selenide / zinc sulfide quantum dots and providing a glucose sensor for measuring glucose levels according to photoluminescence intensity, various problems in conventional photometry or electrochemical methods can be solved. It provides the effect of being able to detect other than biomaterials alone.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법을 도시한 개략도들.1A to 1C are schematic views showing a method for manufacturing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 투과전자현미경(TEM)으로 분석한 사진.Figure 2 is a photograph of a cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot prepared by the embodiment according to the present invention by transmission electron microscope (TEM).

도 3은 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 XRD 분석한 결과 그래프.Figure 3 is a graph of the results of XRD analysis of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots prepared using the Examples and Comparative Examples according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 UV-Visable spectrum 분석한 결과 그래프.Figure 4 is a graph of the results of UV-Visable spectrum analysis of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots prepared using the Examples and Comparative Examples according to the present invention.

도 5 및 도 6은 포도당 농도 변화에 따른 파장 및 광루미네센스를 나타낸 그래프들.5 and 6 are graphs showing the wavelength and photoluminescence according to the glucose concentration change.

카드뮴셀레나이드/황화아연 (CdSe/ZnS)는 1.74 eV 의 전자띠 간격을 가지는 물질로 생체라벨(label) 및 전기화학적 응용분야에서 이용가치가 높아 많은 연구가 이루어지고 있다. 대부분의 응용은 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 빛을 쪼여준 후 방출되는 빛의 파장 및 강도에 의존한다. 또 분말의 크기가 작아짐에 따라 양자구속효과(quantum confinement effect)가 일어나는 것을 이용하여 모든 가시광선 대의 빛을 방출할 수 있기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 여기서 양자구속효과란 보어반경보다 작은 크기의 나노분말에서 나타나는 현상으로 보어반경보다 큰 물질의 경우 물질의 파장이 물질과 외부의 경계면까지의 구간에서 한 번의 굴절을 일으키지만, 보어반경보다 작은 물질에서는 물질의 파장이 경계면까지의 거리보다 커짐에 따라 파장의 진동수보다 작아지는 현상을 말한다. 이 현상에 의해 물질의 파장은 청색이동을 일으키게 된다.Cadmium selenide / zinc sulfide (CdSe / ZnS) is a material with an electron band spacing of 1.74 eV and has been widely studied for its high value in biolabel and electrochemical applications. Most applications depend on the wavelength and intensity of the light emitted after light is irradiated on the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots. In addition, many studies are being conducted because the light can emit light in all visible light bands by using the quantum confinement effect as the powder becomes smaller. Here, the quantum confinement effect is a phenomenon that occurs in nano-powders smaller than the bore radius. In the case of a material larger than the bore radius, the wavelength of the material causes one refraction in the interval between the material and the outer interface. As the wavelength of the material is larger than the distance to the interface, it is smaller than the frequency of the wavelength. By this phenomenon, the wavelength of the material causes blue shift.

카드뮴셀레나이드 양자점은 발광특성이 산화아연 등에 비해 월등히 좋지만 바이오적으로 이용할 경우 카드뮴이라는 중금속 때문에, 생체적으로 이용이 제한되어 왔다. 하지만 황화아연으로 껍질을 쌓아 줄 경우 그 발광특성이 현저히 증가하고 또 카드뮴으로부터 안전해 지기 때문에 카드뮴셀레나이드/황화아연 코어-쉘(core-shell) 양자점을 이용할 경우 많은 장점을 가지게 된다. 코어-쉘(core-shell)로 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 합성할 경우 카드뮴셀레나이드에서 보다 발광 특성이 증가하는 것은 양자점의 표면에 있는 댕글링본드(dangling bond)를 황화아연이 가시광이 아닌 자외선이나 열로 발생되는 결함 레벨(defect level)을 제거해 주기 때문이다.Cadmium selenide quantum dots are excellent in luminescence properties compared with zinc oxide and the like, but bioavailability has been limited because of heavy metals such as cadmium. However, when the shell is stacked with zinc sulfide, its luminescence properties are significantly increased and it is safe from cadmium, so it has many advantages when using cadmium selenide / zinc sulfide core-shell quantum dots. In the case of synthesizing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots with a core-shell, the luminescence properties of the cadmium selenide increased more than that of dangling bonds on the surface of the quantum dots. This is because the defect level generated by ultraviolet rays or heat is removed.

이하 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.Specific details of the embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

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.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, only the present embodiments to make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법을 도시한 개략도들로, 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)로 표면 처리된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 포도당 산화효소를 고정화하는 공정을 도시한 것이다.1A to 1C are schematic diagrams illustrating a method for preparing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots according to the present invention, wherein glucose oxidase is applied to cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots surface-treated with mercaptoacetic acid (MAA). The process of immobilization is shown.

도 1a를 참조하면, 산화 카드뮴 소스 및 스태릭 에시드 (stearic acid)를 플라스크에 넣고 질소분위기에서 100 ~ 150℃의 온도로 가열하여 투명한 용액을 얻는다. Referring to Figure 1a, the cadmium oxide source and staric acid (stearic acid) is put in a flask and heated to a temperature of 100 ~ 150 ℃ in a nitrogen atmosphere to obtain a clear solution.

다음에는, 플라스크에 형성된 투명한 용액에 안정화제로 트라이옥틸포스파인 옥사이드 및 핵사데실아민을 1:1의 비율로 첨가하고 250 ~ 310℃의 온도로 재가열하여 카드뮴을 이온화시킨 제 1 용액을 형성한다.Next, trioctylphosphine oxide and nuxadecylamine are added to the transparent solution formed in the flask as a stabilizer in a ratio of 1: 1 and reheated to a temperature of 250 to 310 ° C. to form a first solution in which cadmium is ionized.

그 다음에는, 셀레늄 소스 및 트라이부틸포스파인 용액을 혼합하여 1M로 만든 후 울트라소닉(ultrasonic)을 이용하여 셀레늄 소스를 용해시켜 제 2 용액을 형성한다.Next, the selenium source and the tributylphosphine solution are mixed to make 1M, and then the selenium source is dissolved using ultrasonic to form a second solution.

그 다음에는, 250 ~ 310℃의 온도 가열된 제 1 용액에 제 2 용액을 주사기를 이용하여 주입하고, 교반공정을 수행하여 용액 내에 카드뮴셀레나이드 양자점이 형성되도록 한다. 이때, 주사기를 이용하여 주입하는 속도는 2초 이내로 하는 것이 바람직하다.Next, a second solution is injected into the first solution heated at 250 to 310 ° C. using a syringe, and a stirring process is performed to form cadmium selenide quantum dots in the solution. At this time, the injection speed using a syringe is preferably within 2 seconds.

그 다음에는, 카드뮴셀레나이드 양자점을 포함하는 용액을 제 3 용액이라 하고, 제 3 용액을 200 ~ 250℃의 온도까지 냉각한다.Next, a solution containing cadmium selenide quantum dots is called a third solution, and the third solution is cooled to a temperature of 200 to 250 ° C.

그 다음에는, 아연 및 황 소스를 트라이부틸포스파인 용액에 이온화시킨 제 4 용액을 제 3 용액과 별도로 준비한다.Next, a fourth solution in which the zinc and sulfur sources are ionized in a tributylphosphine solution is prepared separately from the third solution.

그 다음에는, 제 3 용액에 상기 제 4 용액을 주입하여 카드뮴셀레나이드 양자점 표면에 항화아연 껍데기가 형성되도록 한다. 이때, 제 4 용액을 주입하는 속도는 황화아연 분말이 합성되지 않고 카드뮴셀레나이드 양자점 표면에 껍데기만 형성될 수 있는 속도로 가능한한 천천히 주입하는 것이 바람직하다.Next, the fourth solution is injected into the third solution so that an anti-zinc shell is formed on the surface of the cadmium selenide quantum dot. At this time, the rate of injecting the fourth solution is preferably injected as slowly as possible at the rate at which the zinc sulfide powder is not synthesized and only the shell is formed on the surface of the cadmium selenide quantum dot.

그 다음에는, 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 포함하는 용액을 제 5 용액이라 하고, 제 5 용액을 100 ~ 130℃의 온도까지 냉각하면서, 1시간30 ~ 2시간 동안 교반하는 공정을 수행한다.Subsequently, a solution containing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots is called a fifth solution, and the fifth solution is cooled to a temperature of 100 to 130 ° C., followed by stirring for 1 hour 30 to 2 hours.

이와 같이 형성된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(220)은 카드뮴셀레나이드(CdSe) 양자점(100) 표면에 형성된 황화아연(ZnS) 껍데기(120)를 포함한다. 이때, 황화아연(ZnS) 껍데기(120)의 표면은 트라이옥틸포스파인 옥사이드(TOPO) 리간드를 포함한다.The cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot 220 formed as described above includes a zinc sulfide (ZnS) shell 120 formed on the surface of the cadmium selenide (CdSe) quantum dot 100. At this time, the surface of the zinc sulfide (ZnS) shell 120 includes a trioctylphosphine oxide (TOPO) ligand.

도 1b는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(150)에 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)을 치환시킨 모양을 나타낸 것이다.FIG. 1B shows a shape in which mercaptoacetic acid (MAA) is substituted for cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots 150.

멀캡토 아세닉 에시드(MAA)을 치환시키기 위해서는 먼저 세척 공정을 수행한다. To replace the mercapto acetic acid (MAA), a washing process is first performed.

제 5 용액에 클로로폼 및 메탄올을 1:1의 비율로 혼합한 용액을 넣고 원심분리기를 이용하여 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)이 세척되면서 용액 내에 분말로 가라 앉을 수 있도록 한다. 이와 같은 공정을 2 ~ 5회 더 수행하여 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)을 세척한 후 클로로폼 또는 톨루엔 용액에 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)을 분산시킨다.A solution of chloroform and methanol in a ratio of 1: 1 is added to the fifth solution, and the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot 200 is washed using a centrifuge to sink into powder in the solution. This process is performed 2 to 5 times more to wash the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot 200 and to disperse the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot 200 in chloroform or toluene solution.

다음에는, 세척된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)이 혼합된 용액을 제 6 용액이라 하고, 제 6 용액에 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)를 첨가한다. 이때, 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 및 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)의 비율이 1 : 3이 되도록 하고 2 ~ 5시간 동안 교반시킨다.Next, a solution in which the washed cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot 200 is mixed is referred to as a sixth solution, and to the sixth solution, mercapto arsenic acid (MAA) is added. At this time, the ratio of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots and mercapto arsenic acid (MAA) is 1: 3 and stirred for 2 to 5 hours.

여기서, 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)가 황화아연의 표면에 결합된 이유는 두가지 메커니즘으로 규명된다. Here, the reason why the mercaptoacetic acid (MAA) is bonded to the surface of zinc sulfide is identified by two mechanisms.

한 가지는 황화아연 표면의 하이드록실 그룹(-OH)과 멀캡토 아세닉 에시드(MAA) 결합 안에 있는 카르복실 그룹(-COOH)과의 탈수반응에 의한 결합이고, 또 다른 하나는 황화아연 표면에 있는 아연(Zn) 원자와 멀캡토 아세닉 에시드(MAA) 안에 있는 thiloate(SH) 그룹속에 속해 있는 황(S)이 매우 친숙(affinity)하기 때문이다.One is a dehydration of a hydroxyl group (-OH) on a zinc sulfide surface with a carboxyl group (-COOH) in a mercaptoacetic acid (MAA) bond, and the other is on a zinc sulfide surface. This is because the zinc (Zn) atom and sulfur (S) in the thiloate (SH) group in the mercaptoacetic acid (MAA) are very familiar.

이러한 두 가지 이유들로 인해 멀캡토 아세닉 에시드(MAA) 황화아연 표면에 잘 치환된 형태의 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)이 형성되는 것이다.For these two reasons, the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot 200 in a well-substituted form is formed on the surface of the mercaptoacetic acid (MAA) zinc sulfide.

도 1c는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 포도당 산화효소가 고정화된 것을 도시한 것이다.Figure 1c shows that the glucose oxidase is immobilized on the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots.

포도당 산화효소를 고정시키기 위해서는 제 6 용액을 상술한 바와 같이 클로로폼 및 메탄올을 이용하여 2 ~ 5회 세척한 후 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)을 클로로폼 또는 톨루엔에 분산시킨 제 7 용액을 형성한다.In order to fix the glucose oxidase, the sixth solution was washed 2 to 5 times using chloroform and methanol as described above, and then the seventh solution in which the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot 200 was dispersed in chloroform or toluene. To form.

다음에는, 제 7 용액에 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)과 n - hydroxysulfo - succinimide (Sulfo-NHS), 1 - Ethyl - 3 (3 - dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) 및 포도당 산화효소를 섞어 주어 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)의 표면의 카르복실 그룹을 활성화 시키고, 포도당 산화효소 표면의 아민 그룹과 커플링(coupling) 반응을 유도하여 포도당 산화효소를 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200)의 표면에 고정화 시킨다. Next, mercaptoacetic acid (MAA), n-hydroxysulfo-succinimide (Sulfo-NHS), 1-Ethyl-3 (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC), and glucose oxidase were mixed in a seventh solution. Activate the carboxyl group on the surface of the amide / zinc sulfide quantum dot (200) and induce a coupling (coupling) reaction with the amine group on the surface of the glucose oxidase to form a glucose oxidase of the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot (200) Immobilize on the surface.

마지막으로 상술한 바와 같은 세척 공정을 더 수행하여 포도당 산화효소를 고정화 시킨 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점(200) 주변에 잔류하는 불순물들을 완전히 제거한다.Finally, the washing process as described above is further performed to completely remove impurities remaining around the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots 200 to which glucose oxidase is immobilized.

상술한 바와 같이 제조되어 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 형성한다. 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)에 의해서 간단하게 포도당 산화효소를 고정화시켰으므로, 포도당 산화효소를 고정화 시킨 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 포함하는 버퍼용액에 용액에 당을 일정농도 씩 증가시켜 떨어뜨리면, 당 농도에 따라서 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 광학적 변화가 나타나게 된다. 이러한 광학적 변화를 광루미네센스(photoluminescence)라고 하며, 그 광루미네센스의 변화를 측정하면 당수치를 정확하게 측정할 수 있게 된다.Prepared as described above to form cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots. Since the glucose oxidase was simply immobilized by mercaptoacetic acid (MAA), the sugar was added to the solution in a certain concentration in a buffer solution containing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots to which glucose oxidase was immobilized. Depending on the concentration of sugars, optical changes occur in cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots. This optical change is called photoluminescence, and by measuring the change in the photoluminescence, the sugar level can be accurately measured.

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. Here, photoluminescence is also called photoluminescence, and a luminescence material absorbs energy such as light, electricity, and radiation into an excited state, and when it returns to the ground state, it absorbs energy. It refers to the phenomenon of emitting.

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.Photoluminescence is a luminescence generated by excitation by light, and generally emits light having a wavelength equal to or longer than that of irradiated light (irradiation light). In some cases, the light emitting center absorbs light and is excited and emits light. In some cases, a carrier generated by the absorption of light is captured by the light emitting center and emits light. Therefore, blood glucose can be measured using the photoluminescence spectrum which measures such photoluminescence.

이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 카드뮴셀레나이드/황화아연 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.Hereinafter, specific examples for the preparation of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots and a method for fixing glucose oxidase according to embodiments of the present invention will be presented. However, the content not described herein is omitted because it can be inferred technically sufficient by those skilled in the art.

[실시예]EXAMPLE

산화 카드뮴과 스테릭 에시드(stearic acid)를 혼합하여 질소분위기에서 150℃로 가열하고, 여기에 트라이옥틸포스파인 옥사이드와 핵사데실아민을 1:1 비율로 혼합하여 300℃로 가열한 용액을 형성한다. Cadmium oxide and steric acid are mixed and heated to 150 ° C. in a nitrogen atmosphere, and trioctylphosphine oxide and nuxadecylamine are mixed in a 1: 1 ratio to form a solution heated to 300 ° C. .

다음에는 셀레늄과 트라이부틸포스파인을 혼합하여 셀레늄을 이온화 시킨 용액을 별도로 준비하고, 셀레늄 이온화 용액을 300℃로 가열된 카드뮴 이온화 용액에 첨가한다. 이때, 용액내에 카드뮴셀레나이드 양자점이 형성된다.Next, selenium and tributylphosphine are mixed to prepare a selenium ionized solution separately, and the selenium ionization solution is added to the cadmium ionization solution heated to 300 ° C. At this time, cadmium selenide quantum dots are formed in the solution.

그 다음에는, 아연 및 황을 이온화시킨 용액을 별도로 준비하고 이 용액을 카드뮴셀레나이드 양자점이 분산된 버퍼 용액에 한 방울씩 떨어뜨려 카드뮴셀레나이드 양자점 표면에 황화아연 껍질이 쌓이도록 한다. Next, zinc and sulfur ionized solutions are prepared separately, and the solution is dropped dropwise into the buffer solution in which the cadmium selenide quantum dots are dispersed so that zinc sulfide shells are deposited on the cadmium selenide quantum dot surface.

그 다음에는, 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점이 포함된 용액을 110℃로 냉각시킨 후 결정성을 증가시키기 위해 90분 정도 교반시켜 준다. Then, the solution containing the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot is cooled to 110 ℃ and stirred for 90 minutes to increase the crystallinity.

그 다음에는, 세척 공정을 2 ~ 5회 실시한 후 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 분말을 클로로폼에 분산을 시킨다. Next, after two to five washing steps, the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot powder is dispersed in chloroform.

그 다음에는, 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점의 표면 리간드를 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)으로 치환 시킨 후, n - hydroxysulfo - succinimide (Sulfo-NHS), 1 - Ethyl - 3 (3 - dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC)를 이용하여 포도당 산화효소를 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 표면에 고정시킨다.Subsequently, the surface ligands of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots were replaced with mercaptoacetic acid (MAA), followed by n-hydroxysulfo-succinimide (Sulfo-NHS), 1-Ethyl-3 (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) is used to immobilize glucose oxidase on the surface of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots.

그 다음에는, 포도당 산화효소가 고정된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 세척한 후 클로로폼에 분산시키고, 이 용액에 당을 넣어 광루미네센스의 증가치를 측정한다.Next, the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots immobilized with glucose oxidase are washed and dispersed in chloroform, and sugar is added to the solution to measure the increase in photoluminescence.

[비교예][Comparative Example]

상기 실시예에서 포도당 산화효소 결합 전에 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)를 사용하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일하게 수행한다.The same procedure as in the above example was performed except that mercaptoacetic acid (MAA) was not used before glucose oxidase binding.

[특성분석][Characteristic Analysis]

상기와 같이 제조하여 포도당 산화효소가 고정화된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 대하여 UV-visible, XRD, PL 분석 또는 투과전자현미경(TEM) 분석을 실시한다.Prepared as described above is subjected to UV-visible, XRD, PL analysis or transmission electron microscopy (TEM) analysis for the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots immobilized glucose oxidase.

[특성분석 결과][Feature Analysis Results]

도 2는 본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 투과전자현미경(TEM)으로 분석한 사진이다.2 is a photograph of a cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot prepared by an embodiment according to the present invention with a transmission electron microscope (TEM).

도 2를 참조하면, 제조된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점의 크기가 5nm 정도되고 격자점이 선명하게 보이는 것을 확인 할 수 있다.Referring to Figure 2, it can be seen that the size of the prepared cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot is about 5nm and the grid point is clearly visible.

따라서 결정성의 정도가 매우 높다는 것을 알 수 있다. 또 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점들은 모두 구형의 모양을 가지고 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the degree of crystallinity is very high. Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots are all spherical in shape.

도 3은 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 XRD 분석한 결과 그래프이다.Figure 3 is a graph of the results of XRD analysis of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots prepared using the Examples and Comparative Examples according to the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 카드뮴셀레나이드(CdSe) 양자점이 나노 크기로 제조되어 인접한 픽(Peak)들과 겹쳐지는 것을 알 수 있다. 이는 카드뮴셀레나이드(CdSe)에 표면결함이 많이 발생하여 결정성이 감소된 것을 나타낸다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the cadmium selenide (CdSe) quantum dots prepared according to the present invention are manufactured to a nano size and overlap with adjacent peaks. This indicates that a large number of surface defects occur in the cadmium selenide (CdSe) is reduced crystallinity.

그러나, 카드뮴셀레나이드/황화아연(CdSe/ZnS)의 황화아연(ZnS)껍질이 카드뮴셀레나이드(CdSe) 양자점에 압축응력을 가하여 픽(Peak)이 오른쪽으로 이동된 것을 알 수 있다. 이러한 픽은 결정성을 가진 헥사고날 워자이트(hexagonal wurtzite)상을 갖는다.However, it can be seen that the zinc sulfide (ZnS) shell of cadmium selenide / zinc sulfide (CdSe / ZnS) exerts a compressive stress on the cadmium selenide (CdSe) quantum dot to move the peak to the right. This pick has a crystalline hexagonal wurtzite phase.

도 4는 본 발명에 따른 실시예와 비교예를 이용하여 제조된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 UV-Visable spectrum 분석한 결과 그래프이다.Figure 4 is a graph of the results of UV-Visable spectrum analysis of cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots prepared using the Examples and Comparative Examples according to the present invention.

도 4를 참조하면, 카드뮴셀레나이드(CdSe) 양자점에 황화아연(ZnS)껍질을 입힌 경우 파장의 길이(Wavelength)가 증가하여 흡광 픽(Peak)이 오른쪽으로 이동함을 알 수 있다.Referring to FIG. 4, when a zinc sulfide (ZnS) shell is coated on a cadmium selenide (CdSe) quantum dot, the wavelength of the wavelength is increased, and the absorption peak is shifted to the right.

여기서, 리간드를 멀캡토 아세닉 에시드(MAA)로 치환한 경우 트라이옥틸포스파인 옥사이드를 리간드로 갖는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점과 동일한 픽(Peak)을 포이는 것은 치환 공정 시 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점들이 서로 뭉치지 않았음을 알 수 있다.Here, when the ligand is substituted with mercapto acetic acid (MAA), the same peak as the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot having trioctylphosphine oxide as the ligand is used for cadmium selenide / sulfide during the substitution process. It can be seen that the zinc quantum dots do not aggregate together.

상술한 바와 같이 형성한 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 이용하여 혈당 센서를 제조하면 다음과 같다.When the blood glucose sensor is manufactured using the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots formed as described above, it is as follows.

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. First, in order to measure photoluminescence, a quartz cell (1 × 1 cm) made of quartz is prepared on a slope, and 1.5-2.5 ml of the solution prepared according to the embodiment is added to the cell.

다음에는, 용액에 0.01 ~ 0.02㎖의 극소량 포도당을 넣어주면서 픽의 강도를 측정한다.Next, the intensity of the pick is measured while adding 0.01 to 0.02 ml of a small amount of glucose to the solution.

도 5 및 도 6은 포도당 농도 변화에 따른 파장 및 광루미네센스를 나타낸 그래프들이다. 5 and 6 are graphs showing wavelengths and photoluminescence according to glucose concentration change.

도 5 및 도 6을 참조하면, 포도당 산화효소에 의하여 포도당이 산화되면서 발생한 전자가 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점으로 들어와 광루미네센스가 포도당 농도에 따라 증가하는 것을 볼 수 있다. 이것으로 포도당 농도의 측정이 가능하다.5 and 6, it can be seen that the electron generated by the oxidation of glucose by glucose oxidase enters the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot and the photoluminescence increases with glucose concentration. This allows measurement of glucose concentration.

여기서, 포도당 양에 따란 PL의 강도가 증가하는 이유는 아래와 같다. Here, the reason why the strength of PL increases with the amount of glucose is as follows.

포도당(D-glucose)이 포도당 산화효소(GOx)가 고정된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 포함하는 용매에 들어가면 두 개의 양자와 전자가 생성되어 포도당 산화제의 조효소인 리보플라빈아데닌디뉴클레오티드(FAD)로 전달되는데 두개의 양자는 다시 아래와 같이 반응한다. When glucose (D-glucose) enters a solvent containing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots to which glucose oxidase (GOx) is immobilized, two protons and electrons are generated to riboflavin adenine dinucleotide (FAD), a coenzyme of glucose oxidant. The two protons again react as follows:

두 개의 전자는 리보플라빈아데닌디뉴클레오티드(FAD)을 거쳐서 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점으로 전달되고 전자가 전도대에서 가전자대로 이동하면서 광루미네선스를 더 증가시키게 된다.The two electrons pass through riboflavin adenine dinucleotide (FAD) to the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot, which further increases the photoluminescence as the electron moves from the conduction band to the valence band.

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. Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments but may be manufactured in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

Claims (13)

카드뮴을 이온화시킨 제 1 용액을 형성하는 단계;Forming a first solution in which cadmium is ionized; 셀레늄을 이온화시킨 제 2 용액을 형성하는 단계;Forming a second solution of ionized selenium; 상기 제 1 용액이 가열된 상태에서 상기 제 2 용액을 첨가하여 카드뮴셀레나이드 양자점을 포함하는 제 3 용액을 형성하는 단계;Adding the second solution while the first solution is heated to form a third solution including cadmium selenide quantum dots; 상기 제 3 용액을 냉각시키는 단계;Cooling the third solution; 아연 및 황을 이온화시킨 제 4 용액을 형성하는 단계;Forming a fourth solution of ionized zinc and sulfur; 상기 제 3 용액에 상기 제 4 용액을 첨가시켜 표면에 황화아연 껍질이 형성된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 포함하는 제 5 용액을 형성하는 단계;Adding a fourth solution to the third solution to form a fifth solution including cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots having a zinc sulfide shell formed on a surface thereof; 상기 제 5 용액을 교반하면서 냉각시키는 단계;Cooling the fifth solution while stirring; 상기 제 5 용액을 제 1 세척한 후 버퍼용액에 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 분산시킨 제 6 용액을 형성하는 단계;First washing the fifth solution to form a sixth solution in which cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots are dispersed in a buffer solution; 상기 제 6 용액에 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)를 첨가하여 상기 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점의 표면 리간드를 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)로 치환시키는 단계;Adding a mercapto arsenic acid (MAA) to the sixth solution to replace the surface ligands of the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots with mercapto arsenic acid (MAA); 상기 제 6 용액을 제 2 세척한 후 버퍼용액에 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 분산시킨 제 7 용액을 형성하는 단계;Forming a seventh solution in which the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots are dispersed in a buffer solution after the second washing of the sixth solution; 상기 제 7 용액에 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA), n-hydroxysulfo-succinimide(Sulfo-NHS), 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide(EDC) 및 포도당 산화효소를 첨가하여 상기 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점에 포도당 산화효소를 고정화를 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.To the seventh solution, mercapto arsenic acid (MAA), n-hydroxysulfo-succinimide (Sulfo-NHS), 1-Ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide (EDC) and glucose oxidase were added. Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot production method comprising the step of immobilizing glucose oxidase on the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 용액을 형성하는 단계는Forming the first solution 산화 카드뮴 소스 및 스태릭 에시드 (stearic acid)를 플라스크에 넣고 질소분위기에서 100 ~ 150℃의 온도로 가열하는 단계; 및Placing a cadmium oxide source and staric acid into the flask and heating to a temperature of 100 to 150 ° C. in a nitrogen atmosphere; And 상기 플라스크에 트라이옥틸포스파인 옥사이드 및 핵사데실아민을 1:1의 비율로 첨가하고 250 ~ 310℃의 온도로 재가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method characterized in that it further comprises the step of adding trioctylphosphine oxide and nuxadecylamine in a ratio of 1: 1 and reheating to a temperature of 250 ~ 310 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 용액을 형성하는 단계는Forming the second solution 셀레늄 소스 및 트라이부틸포스파인 용액을 혼합하여 1M로 만드는 단계; 및Mixing selenium source and tributylphosphine solution to 1M; And 울트라소닉(ultrasonic)을 이용하여 셀레늄 소스를 용해시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.A method of manufacturing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots, further comprising dissolving the selenium source using ultrasonic. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3 용액을 형성하는 단계는Forming the third solution 250 ~ 310℃의 온도 가열된 상기 제 1 용액에 상기 제 2 용액을 주사기를 이용하여 주입하고, 교반 공정을 수행하여 카드뮴셀레나이드 양자점을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.Cadmium selenide / characterized in that it further comprises the step of injecting the second solution into the first solution heated to a temperature of 250 ~ 310 ℃ using a syringe, and performing a stirring process to form cadmium selenide quantum dots Zinc sulfide quantum dot production method. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 3 용액을 냉각하는 단계는 200 ~ 250℃의 온도까지 수행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.Cooling the third solution is a cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method characterized in that performed to a temperature of 200 ~ 250 ℃. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 4 용액을 형성하는 단계는Forming the fourth solution is 아연 및 황 소스를 트라이부틸포스파인 용액에 이온화시키는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.A method for producing cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots characterized by ionizing a zinc and sulfur source in a tributylphosphine solution. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 5 용액을 형성하는 단계는Forming the fifth solution 상기 제 3 용액에 상기 제 4 용액을 주입하여 카드뮴셀레나이드 양자점 표면에 항화아연 껍데기가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method characterized in that the fourth solution is injected into the third solution to form a zinc zinc shell on the cadmium selenide quantum dot surface. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 5 용액을 교반하면서 냉각시키는 단계는 100 ~ 130℃ 까지 냉각을 수행하고, 1시간30 ~ 2시간 동안 교반하는 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.The cooling of the fifth solution while stirring is performed to 100 to 130 ° C., and a cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method is performed for 1 hour 30 to 2 hours. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 세척 공정은 클로로폼 및 메탄올을 1:1의 비율로 혼합한 용액에 상기 제 5 용액을 넣고 원심분리기를 이용하여 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점이 세척되면서 분말로 얻어 질 수 있도록 하는 공정을 2 ~ 5회 수행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.The first washing step is to put the fifth solution in a mixture of chloroform and methanol in a ratio of 1: 1 and to obtain a powder while washing the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots using a centrifuge Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method characterized in that for performing 2 to 5 times. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 6 용액에 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)를 첨가하는 공정은 상기 제 6 용액에 분산된 상기 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 및 멀캡토 아세닉 에시드(Mercapto Arsenic Acid; MAA)의 비율이 1 : 3이 되도록 하고 2 ~ 5시간 동안 교반시키는 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.The process of adding the mercapto arsenic acid (MAA) to the sixth solution is the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots and mercapto arsenic acid (MAA) dispersed in the sixth solution. The cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot production method characterized in that the ratio of 1: 3 and further performing a step of stirring for 2 to 5 hours. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 세척 공정은 클로로폼 및 메탄올을 1:1의 비율로 혼합한 용액에 상기 제 6 용액을 넣고 원심분리기를 이용하여 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점이 세척되면서 분말로 얻어 질 수 있도록 하는 공정을 2 ~ 5회 수행하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.The second washing step is to put the sixth solution in a mixture of chloroform and methanol in a ratio of 1: 1 and to obtain a powder while washing the cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots using a centrifuge Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot manufacturing method characterized in that for performing 2 to 5 times. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 버퍼용액은 클로로폼 또는 톨루엔을 이용하는 것을 특징으로 하는 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점 제조 방법.Cadmium selenide / zinc sulfide quantum dot production method characterized in that the buffer solution using chloroform or toluene. 청구항 제 1 항에서 제조한 포도당 산화효소가 고정화된 카드뮴셀레나이드/황화아연 양자점을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 혈당 센서.The glucose sensor according to claim 1, wherein the glucose oxidase is formed using immobilized cadmium selenide / zinc sulfide quantum dots.
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