KR20150117198A - Sensor for spectroscopic analysis - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a sensor for a spectroscopic analysis and a manufacturing method thereof. The sensor for the spectroscopic analysis according to one embodiment of the present invention includes a fiber layer which includes a plurality of flexible fibers and a surface Plasmon active layer which is formed on the surfaces of the fibers. The sensor for the spectroscopic analysis performs the spectroscopic analysis with high reliability by the surface Plasmon active layer with high precision. The flexible fiber layer easily secures a target material.

Description

분광 분석 센서{Sensor for spectroscopic analysis}[0001] The present invention relates to a sensor for spectroscopic analysis,

본 발명은 분광 분석 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 표면 플라즈몬 현상을 이용하여 생물학적 또는 비생물학적 타겟을 분석하기 위한 분광 분석 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a spectral analysis sensor, and more particularly, to a spectral analysis sensor for analyzing a biological or non-biological target using a surface plasmon phenomenon and a method of manufacturing the same.

다양한 분야에서 시료에 포함된 분석 대상 물질인 시료를 민감하고 정확하게 검출하기 위한 많은 측정 기술들이 제안되고 상용화되어 왔다. 이러한 측정 기술들 중 라만 분광법 및/또는 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR)은 분자 단위의 시료를 정밀하게 측정할 수 있어 화학 및 생물학적 분자 특이도(specificity) 분석을 위해 응용되고 있다. A number of measurement techniques have been proposed and commercialized to sensitively and accurately detect samples, which are analytes included in samples in various fields. Among these measurement techniques, Raman spectroscopy and / or Surface Plasmon Resonance (SPR) are applied for chemical and biological molecular specificity analysis because they can precisely measure molecular samples.

상기 라만 분광법은 입사 광이 유형의 매질을 통과하면서 상기 매질 내의 특정 광흡수 분자를 여기시키고 스캐터링될 때, 출력 광에서 진동수 편이가 발생하는 비탄성적 스캐터링 현상인 라만 스캐터링에 근거한 측정 방법이다. 상기 라만 분광법은 상기 라만 스캐터링에 따른 출력 광의 상기 진동수 편이로부터 상기 특정 광흡수 분자의 진동 에너지 레벨을 산출하고, 상기 특정 광흡수 분자의 진동 에너지가 상기 분자의 구조와 결합 강도에 의존하는 것으로부터 상기 특정 분자를 검출한다. The Raman spectroscopy method is a measurement method based on Raman scattering, which is an inelastic scattering phenomenon in which a frequency shift occurs in output light when incident light is transmitted through a medium of a type and excites specific light absorbing molecules in the medium and is scattered . The Raman spectroscopy method calculates the vibration energy level of the specific light absorbing molecule from the frequency deviation of the output light according to the Raman scattering, and the vibration energy of the specific light absorbing molecule depends on the structure of the molecule and the bonding strength The specific molecule is detected.

상기 라만 분광법은 검출하고자 하는 특정 분자에 고유하게 나타나는 진동수 편이에 의한 것이어서 분자 자체를 정확히 특정할 수는 있지만, 라만 스캐터링된 출력 광의 신호 세기가 매우 약하여 실제 응용에 있어 제약을 가지고 있다. 상기 라만 스캐터링의 약한 출력을 실용적 수준까지 증폭시켜 검출 효율과 재현성을 개선한 표면 증강 라만 분석법(Surface-enhanced Raman Spectroscopy: SERS)이 제안되었다. 상기 표면 증강 라만 분석법은, 금속 나노구조의 주변에 특정 분자가 존재할 경우, 입사 광인 라만 레이저가 금속 나노구조의 표면에서 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)을 발생시키고, 상기 표면 플라즈몬이 상기 특정 분자와 상호작용을 함으로써, 상기 특정 분자의 라만 신호를 크게 증폭시키는 현상(이를 표면 플라즈몬 공명이라 함)을 이용한다. Although the Raman spectroscopy can accurately identify the molecule itself due to a frequency shift inherent to a specific molecule to be detected, the signal intensity of the Raman scattered output light is very weak, which limits practical applications. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) has been proposed in which the weak output of the Raman scattering is amplified to a practical level to improve detection efficiency and reproducibility. In the surface enhancement Raman analysis method, when a specific molecule exists in the periphery of the metal nanostructure, a Raman laser, which is incident light, generates surface plasmon on the surface of the metal nanostructure, and the surface plasmon interacts with the specific molecule (Hereinafter referred to as surface plasmon resonance) in which the Raman signal of the specific molecule is greatly amplified.

상기 표면 증강 라만 분석법의 정확성을 향상시키기 위하여 상기 금속 나노구조의 형상 및/또는 종류에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다. 일반적으로, 상기 SERS를 위해 금속 나노구조로서 금속 나노입자가 사용되며, 이들 입자들은 서로 고립되어 있는 나노 섬들(islands)보다는 서로 응집된 구조를 가질 때에 10 내지 103 배 더 크게 라만 신호를 증폭시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 응집된 나노입자의 구조는 단순히 소정의 거칠기를 갖는 금속 박막보다도 104 배 이상으로 라만 신호를 증폭시킬 수 있어 바람직하다. Various studies have been made on the shape and / or the type of the metal nanostructure in order to improve the accuracy of the surface enhanced Raman analysis method. Generally, metal nanoparticles are used as the metal nanostructures for the SERS. These nanoparticles are 10 to 10 3 times larger in magnitude than the islands isolated from each other, . The structure of such agglomerated nanoparticles is preferable because the Raman signal can be amplified by a factor of more than 10 4 times that of a metal thin film having a predetermined roughness.

상기 나노구조를 제조하는 방법으로서, 전자빔 리소그래피, 집속이온빔, 또는 나노임프린트와 같은 나노 패터닝 기술이 가능하지만, 이러한 기술은 연속 공정과 다양한 기판 크기에 대응하여 수율을 향상시키는데 한계가 있을 뿐만 아니라 공정 동안의 기계적 접촉이 있는 경우 나노구조에 결함이나 오염을 초래할 수 있다. 또한, 상기 제조 방법은 상기 나노구조가 형성되는 표면을 제공하는 기재의 다양한 재질이나 종류에 대응하기 어려운 문제점이 있다. 예를 들면, 상기 전자빔리소그래피와 같은 기술의 적용은 2차원적인 평면 구조를 갖는 기재에 한정되기 때문에, 복잡한 3차원 구조를 갖는 기재 상에 나노입자 구조를 형성하기는 어렵다.Although nanopatterning techniques such as electron beam lithography, focused ion beam, or nanoimprint are possible as a method of producing the nanostructures, this technique has limitations in improving the yield in correspondence with the continuous process and various substrate sizes, Mechanical contact of the nanostructures can lead to defects or contamination of the nanostructures. Further, the above-described manufacturing method has a problem that it is difficult to cope with various materials and kinds of substrates for providing the surface on which the nanostructure is formed. For example, since the application of a technique such as electron beam lithography is limited to a substrate having a two-dimensional planar structure, it is difficult to form a nanoparticle structure on a substrate having a complicated three-dimensional structure.

또한, 상기 응집된 나노입자의 구조에서 높은 증폭비의 라만 스캐터링 신호를 얻기 위해서는 SER 센서의 기재의 표면 상에 응집된 나노입자를 균일하게 형성하는 것이 요구된다. 그러나, 상기 응집된 나노입자를 균일하게 형성하는 것은 상기 제조 방법에 의하여 달성하기 어려운 문제가 있다. 다른 제조 방법으로서, 연속적 프로파일을 갖는 금속 박막을 증착하고, 이를 열처리할 수도 있다. 그러나, 이 경우, 고밀도로 응집된 나노입자의 구조가 형성되기 보다는 고립된 나노 섬 구조가 형성되기 쉬울 뿐만 아니라, 기판의 재료도 유리와 같은 내열성 재료로 제한되는 문제점이 있다.
Further, in order to obtain a Raman scattering signal with a high amplification ratio in the structure of the aggregated nanoparticles, it is required to uniformly form agglomerated nanoparticles on the surface of the substrate of the SER sensor. However, there is a problem that it is difficult to uniformly form the coagulated nanoparticles by the above-described production method. As another manufacturing method, a metal thin film having a continuous profile may be deposited and heat-treated. However, in this case, an isolated nano-island structure is liable to be formed rather than a structure of nanoparticles aggregated at a high density, and the material of the substrate is limited to a heat-resistant material such as glass.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 2차원적 평면 구조에 한정되지 않고 3차원 구조의 복잡한 구성을 가지면서 고밀도로 나노구조가 형성되어 표면 플라즈몬에 기초한 고신뢰성의 분광 분석을 수행할 수 있는 분광 분석 센서를 제공하는 것이다. 또한, 시료가 채취되는 방법을 다양화하여 그 적용 대상을 확장할 수 있는 분광 분석 센서를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a high-resolution spectroscopic analyzer capable of performing high-reliability spectroscopic analysis based on surface plasmons, while having a complicated structure of a three- And a spectroscopic analysis sensor. It is another object of the present invention to provide a spectroscopic analysis sensor capable of diversifying the method of collecting a sample and expanding its application target.

또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는, 전술한 바와 같이 3차원 구조의 복잡한 구성을 갖거나 플렉시블한 특성을 갖는 기재에 대하여 분석 신호의 증폭 효과를 향상시키기 위하여 기재 상에 나노구조 복합체를 고밀도로 코팅할 수 있는 분광 분석 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a nanocomposite composite having a complex structure of a three-dimensional structure as described above or a nanocomposite composite having a high density And a method of manufacturing the spectral analysis sensor.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 센서는, 가요성의 복수의 섬유들을 포함하는 섬유층, 및 상기 복수의 섬유들의 표면 상에 형성된 표면 플라즈몬 활성층을 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a spectroscopic analysis sensor including a fiber layer including a plurality of flexible fibers, and a surface plasmon active layer formed on a surface of the plurality of fibers.

상기 복수의 섬유들은 부직포, 직조, 다발 또는 이들의 조합된 구조를 가질 수 있다. The plurality of fibers may have a nonwoven fabric, a woven fabric, a bundle, or a combination thereof.

상기 표면 플라즈몬 활성층은 도전성 나노입자들 및 상기 도전성 나노입자들을 상기 복수의 섬유들의 표면 상에 고정하는 고분자 바인더를 포함할 수 있다. 상기 도전성 나노입자들은 응집된 구조를 가지거나, 구형, 나노 튜브, 나노 컬럼, 나노 로드, 나노 기공, 및 나노 와이어 중 어느 하나 또는 이들이 조합된 형상을 가질 수 있다.The surface plasmon active layer may include conductive nanoparticles and a polymeric binder that fixes the conductive nanoparticles on the surface of the plurality of fibers. The conductive nanoparticles may have an aggregated structure, or may have a shape of any one of spherical, nanotubes, nanocolumns, nano-rods, nanopores, and nanowires, or a combination thereof.

상기 도전성 나노입자들은 탄소, 흑연, 준금속, 금속, 상기 준금속 또는 준금속의 도전성 산화물, 또는 상기 준금속 또는 금속의 도전성 질화물의 입자들을 포함하거나, 절연성 비드 상에 상기 입자들이 코팅된 코어 쉘 구조의 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.Wherein the conductive nanoparticles comprise particles of a conductive oxide of carbon, graphite, a metalloid, a metal, a metalloid, a metalloid or metalloid, or a conductive nitride of the metalloid or metal, Structure, or a combination thereof.

상기 준금속은, 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge) 및 비소(As) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함하고, 상기 금속은 금속, 전이 금속 또는 전이후 금속으로서, 타이타늄(Ti), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 스탄튬(Sc), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 네오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 파라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W) 또는 카드뮴(Cd), 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti), 타이타늄(Ti) 또는 이들의 합금을 포함하며, 상기 도전성 산화물은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 알루미늄 도프된 아연 산화물(AZO), 갈륨 인듐 아연 산화물(GIZO), 아연 산화물(ZnO) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.Wherein the metalloid includes any one of antimony (Sb), germanium (Ge), and arsenic (As) or an alloy thereof and the metal is a metal, a transition metal, Zn, Al, Al, Sc, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, (Sn), yttrium (Y), zirconium (Zr), nebium (Nb), molybdenum (Mo), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium Wherein the conductive oxide includes at least one of indium (Ag), platinum (Pt), strontium (Sr), tungsten (W), cadmium (Cd), tantalum (Ta), titanium (Ti), titanium (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum doped zinc oxide (AZO), gallium indium zinc oxide (GIZO), zinc oxide (ZnO), or mixtures thereof.

상기 표면 플라즈몬 활성층의 두께는 10nm 내지 500nm의 범위 내일 수 있고, 상기 복수의 섬유들은 천연 섬유 및 합성 섬유 중 어느 하나 또는 모두를 포함할 수 있다.The thickness of the surface plasmon active layer may be in the range of 10 nm to 500 nm, and the plurality of fibers may include any one or both of natural fibers and synthetic fibers.

상기 섬유층의 표면은 상기 복수의 섬유들이 돌출되어 제공된 무정형의 표면 플라즈몬 섬유 돌기들을 포함하고, 상기 섬유층은 상기 복수의 섬유들 사이의 기공을 포함할 수 있다.The surface of the fiber layer may include amorphous surface plasmon fiber protrusions provided with the plurality of fibers protruding, and the fiber layer may include pores between the plurality of fibers.

상기 고분자 바인더는 양이온성 고분자 또는 음이온성 고분자를 포함할 수 있다. The polymeric binder may include a cationic polymer or an anionic polymer.

또한, 상기 표면 플라즈몬 활성층 상에 분석될 타겟 물질과 특이적 결합이 가능한 고정 물질을 더 포함할 수 있다. 상기 고정 물질은 저분자 화합물, 항원, 항체, 단백질, 펩타이드, Deoxyribo Nucleic Acid(DNA), Ribo Nucleic Acid(RNA), Peptide Nucleic Acid (PNA), 효소, 효소 기질, 호르몬, 호르몬 수용체, 관능기를 포함하는 합성 시약 중 어느 하나, 이의 모사물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.In addition, the surface plasmon active layer may further include a fixing substance capable of specifically binding to a target substance to be analyzed. The immobilizing material may include a small molecule compound, an antigen, an antibody, a protein, a peptide, Deoxyribonucleic Acid (DNA), Ribonucleic Acid (RNA), Peptide Nucleic Acid (PNA), an enzyme, an enzyme substrate, a hormone, a hormone receptor, Any of the synthetic reagents, a mimic thereof, or a combination thereof.

상기 타겟 물질은 아미노산, 펩티드, 폴리펩티드, 단백질, 당단백질, 지단백질, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고당, 다당류, 지방산, 지질, 호르몬, 대사물질, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경 전달 물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사물질, 보조 인자, 저해제, 약물, 약제, 영양소, 플리온, 독소, 독, 폭약, 살충제, 화학적 교전제, 생물위험제, 박테리아, 바이러스, 방사선 동위원소, 비타민, 헤테로시클 방향족 화합물, 카르시노겐, 뮤타겐, 마약, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 및 오염물 중 어느 하나 이상일 수 있다.Wherein the target material is selected from the group consisting of amino acids, peptides, polypeptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, nucleosides, nucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, sugars, carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides, fatty acids, lipids, hormones, metabolites, cytokines, Receptor, neurotransmitter, antigen, allergen, antibody, substrate, metabolite, cofactor, inhibitor, drug, drug, nutrient, plion, toxin, poison, explosive, insecticide, chemical agonist, biohazard agent, bacteria, virus , Radiation isotopes, vitamins, heterocyclic aromatic compounds, carcinogens, mutagen, drugs, amphetamines, barbiturates, hallucinogens, wastes, and contaminants.

상기 분광 분석 센서는 표면 증강 라만 분석(Surface-enhanced Raman Spectroscopy: SERS), 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR), 국소 표면 플라즈몬 공명(Local Plasmaon Resonance: LSPR), 흡수율 및/또는 형광 모드로 사용될 수 있다.The spectroscopic analysis sensor can be used for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), surface plasmon resonance (SPR), local surface plasmon resonance (LSPR), absorption and / or fluorescence modes .

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 분광 분석 센서의 제조 방법은, 이온성 고분자 바인더 및 도전성 나노입자들을 포함하는 혼합 용액을 제공하는 단계, 상기 혼합 용액 내에 복수의 섬유들을 침지시키는 단계, 및 상기 도전성 나노입자들이 상기 복수의 섬유들의 표면 상에 코팅되도록 상기 복수의 섬유들이 침지된 상기 혼합 용액에 전기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a spectroscopic analysis sensor, comprising: providing a mixed solution including an ionic polymer binder and conductive nanoparticles; And applying an electric field to the mixed solution in which the plurality of fibers are immersed so that the conductive nanoparticles are coated on the surface of the plurality of fibers.

본 발명의 실시예에 따른 분광 분석 센서는, 섬유층을 구성하는 복수의 섬유들의 표면 상에 표면 플라즈몬 활성층이 형성되고, 상기 섬유들의 가요성(flexibility)에 의해 분석될 시료가 존재하는 물건 또는 생물체의 표면의 다양한 형상이나 재질에 대응하여 상기 표면에 상기 섬유층을 문지르거나 투과시키는 방식으로 시료를 채취할 수 있어 측정될 시료의 대상을 다양화시키고 시료의 준비 과정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 분광 분석 센서의 형태와 요구되는 강도, 투명도, 기공률, 내열성 및 내화학성과 같은 제품 요구를 상기 섬유들의 재질에 따라 용이하게 충족시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 섬유들에 의해 표면 플라즈몬 활성층을 형성할 수 있는 표면적이 2차원적 기재보다 더 넓어지고, 고밀도로 표면 플라즈몬 활성층을 형성함으로써 표면 플라즈몬에 기초한 고신뢰성의 분광 분석을 수행할 수 있다.A spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention is a spectroscopic analysis sensor in which a surface plasmon active layer is formed on the surface of a plurality of fibers constituting a fiber layer and the flexibility of the fibers It is possible to collect a sample by rubbing or transmitting the fiber layer on the surface corresponding to various shapes and materials of the surface, thereby diversifying the object of the sample to be measured and simplifying the preparation process of the sample, And the product requirements such as required strength, transparency, porosity, heat resistance and chemical resistance can be easily satisfied according to the material of the fibers. Further, according to the embodiment of the present invention, the surface area capable of forming the surface plasmon active layer by the fibers is wider than the two-dimensional substrate, and the surface plasmon active layer is formed at high density, Can be performed.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 전기장에 의해 이온성 고분자 바인더와 금속 나노입자에 에너지를 주입함으로써, 전술한 바와 같은 3차원 구조의 복잡한 구성과 플렉시블한 특성을 갖는 섬유들로 이루어진 기재 상에 고밀도의 나노구조로 이루어진 표면 플라즈몬 활성층을 신속하고 경제적으로 제조할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, by injecting energy into the ionic polymer binder and the metal nanoparticles by an electric field, it is possible to produce a composite material having a three-dimensional structure and a flexible structure A surface plasmon active layer made of a high-density nano structure can be produced quickly and economically.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서의 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 섬유들의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서의 섬유 및 섬유 상에 형성된 표면 플라즈몬 활성층을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분광 분석 센서의 섬유 및 섬유 상에 형성된 표면 플라즈몬 활성층을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5a 및 도 5b는 상기 제조 방법에 따른 결과물들을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서의 제조 장치를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 각각 상기 실험예에 의해 얻어진 분광 분석 센서와 비교예에 따른 분광 분석 센서의 광학 이미지이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 분광 분석 센서들의 건조 상태 및 수분에 젖은 상태의 광학 사진 이미지이다.
도 9a는 폴리카보네이트 섬유들 상에 금속 나노입자가 코팅된 분광 분석 센서의 광학 사진 이미지이고, 도 9b는 분광 분석 센서의 주사전자현미경 이미지이다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 분광 분석 센서를 이용한 아세타미노펜의 라만 스펙트럼이며, 도 9b는 비교예에 따른 섬유층 상에 아세타미노펜의 라만 스펙트럼이다.
FIG. 1A is a perspective view of a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a plurality of fibers according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a surface plasmon active layer formed on a fiber and a fiber of a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view illustrating a surface plasmon active layer formed on a fiber and a fiber of a spectroscopic analysis sensor according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5A and 5B show the results of the manufacturing method.
6 shows an apparatus for manufacturing a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention.
7A and 7B are optical images of the spectroscopic analysis sensor obtained by the above Experimental Example and the spectroscopic analysis sensor according to the comparative example, respectively.
FIG. 8 is an optical photograph of a state of a wet state of a wet state of the spectroscopic analysis sensors manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9A is an optical photographic image of a spectroscopic analysis sensor in which metal nanoparticles are coated on polycarbonate fibers, and FIG. 9B is a scanning electron microscope image of a spectroscopic analysis sensor.
FIG. 10A is a Raman spectrum of acetaminophen using a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a Raman spectrum of acetaminophen on a fiber layer according to a comparative example.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명은 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형되는 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed and will become apparent to those skilled in the art. It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In the following drawings, thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals denote the same elements in the drawings. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of any of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.  본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다.  또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 명세서에서 섬유층 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 섬유층 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 섬유층 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다. Reference herein to a layer formed "on" on a fibrous layer or other layer refers to a layer formed directly on top of the fibrous layer or other layer, or to a layer formed on intermediate or intermediate layers formed on the fibrous or other layer Layer. ≪ / RTI > It will also be appreciated by those skilled in the art that structures or shapes that are "adjacent" to other features may have portions that overlap or are disposed below the adjacent features.

본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.As used herein, the terms "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," or " May be used to describe the relationship of one constituent member, layer or regions with other constituent members, layers or regions, as shown in the Figures. It is to be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the Figures but also the other directions of the devices.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.
In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views schematically illustrating ideal embodiments (and intermediate structures) of the present invention. In these figures, for example, the size and shape of the members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations of the illustrated shape may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein. In addition, reference numerals of members in the drawings refer to the same members throughout the drawings.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서(100)의 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 섬유들(10F)의 단면도이다.FIG. 1A is a perspective view of a spectroscopic analysis sensor 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of a plurality of fibers 10F according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 분광 분석 센서(100)는 복수의 섬유들(10F)을 포함하는 섬유층(10); 및 복수의 섬유들(10F)의 표면 상에 형성된 표면 플라즈몬 활성층(SP)을 포함한다. 섬유층(10)의 복수의 섬유들(10F)은 적어도 서로 다른 두 방향들로 연장되어 상호 간에 접촉되고, 섬유층(10)의 표면으로부터 내부로 형성된 기공을 가지면서 3차원 입체를 형성할 수 있다. 기공은 후술하는 바와 같이 섬유층(10)의 표면으로부터 내부까지 복수의 섬유들(10F)의 표면에 코팅될 고분자 바인더 및 도전성 나노입자들의 이동 경로를 제공할 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B, the spectroscopic analysis sensor 100 includes a fiber layer 10 including a plurality of fibers 10F; And a surface plasmon active layer (SP) formed on the surface of the plurality of fibers 10F. The plurality of fibers 10F of the fibrous layer 10 may extend in at least two different directions and contact with each other to form a three-dimensional solid body having pores formed from the surface of the fibrous layer 10 to the inside thereof. The pores can provide a path of movement of the polymeric binder and the conductive nanoparticles to be coated on the surface of the plurality of fibers 10F from the surface to the inside of the fiber layer 10 as described later.

일부 실시예에서, 복수의 섬유들(10F)은 천연 섬유 및 합성 섬유 중 어느 하나 또는 모두를 포함할 수 있다. 상기 천연 섬유는, 예를 들면, 면, 마, 모 또는 견일 수 있다. 상기 합성 섬유는 예를 들면, 레이온, 나일론, 셀룰로오스, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리프로필렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페니렌설파이드, 폴리비닐리덴 플로라이드, 또는 이들의 공중합체와 같은 유도체일 수 있다. 그러나, 전술한 재료는 예시적이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 시료 채취를 위해 와이퍼 방식이 필요한 경우 분광 분석 센서의 재료로서 셀룰로오스 또는 폴리에스테르와 같은 부드럽고 가요성이 큰 섬유 재료가 사용될 수 있으며, 시료 채취를 위해 필터 방식이 필요한 경우에는 강도와 내화학성이 큰 폴리카보네이트와 같은 섬유 재료가 사용될 수 있다.In some embodiments, the plurality of fibers 10F may comprise any one or both of natural and synthetic fibers. The natural fibers can be, for example, cotton, hemp, wool or silk. The synthetic fibers may be selected from, for example, rayon, nylon, cellulose, acrylic, polyester, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polypropylene terephthalate, polyacrylonitrile, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, , Polyphenylene sulfide, polyvinylidene fluoride, or copolymers thereof. However, the above-mentioned materials are illustrative and the present invention is not limited thereto. For example, if a wiper method is required for sampling, a soft and flexible fiber material such as cellulose or polyester may be used as the material of the spectrometric sensor. If a filter method is required for sampling, A fiber material such as polycarbonate having high chemical property may be used.

다른 실시예에서, 분광 분석 센서에 의해 채취될 시료가 존재하는 물건 및 장소, 시료의 종류 및/또는 분광 분석 방법에 따라 복수의 섬유들(10F)의 재료는 강도, 탄성, 수축성, 내열성 또는 내화학성과 같은 특성을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 복수의 섬유들(10F)은 다른 폴리머계 재료, 석유 피치, 또는 콜타르일 수도 있다.According to another embodiment, the material of the plurality of fibers 10F may be selected from the group consisting of strength, elasticity, shrinkage, heat resistance, and / or heat resistance, depending on the object and place where the sample to be sampled by the spectroscopic analysis sensor exists, And chemical properties. The plurality of fibers 10F may be other polymeric materials, petroleum pitch, or coal tar.

다른 실시예에서, 복수의 섬유들(10F)은 분광 분석을 위한 입사광 또는 출력광을 섬유들을 따라 전달할 수 있는 광섬유를 포함할 수 있다. 이 경우, 섬유층(10)은 복수의 광섬유 다발로 구성되거나 전술한 천연 섬유 및/또는 합성 섬유와 광섬유가 혼합된 직조 또는 부직포 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 섬유층(10)이 복수의 천연 섬유들 및/또는 합성 섬유들 사이에 섬유층(10)의 표면 밖으로 광을 방출하도록 복수의 광섬유들이 불규칙한 형태로 노출되거나 혼방될 수 있다.In another embodiment, the plurality of fibers 10F may comprise an optical fiber capable of transmitting incident light or output light for spectroscopic analysis along the fibers. In this case, the fiber layer 10 may be composed of a plurality of optical fiber bundles or may have a woven or nonwoven structure in which the above-mentioned natural fibers and / or synthetic fibers and optical fibers are mixed. For example, a plurality of optical fibers may be exposed or blended irregularly so that the fiber layer 10 emits light out of the surface of the fiber layer 10 between the plurality of natural fibers and / or synthetic fibers.

섬유층(10)을 구성하는 복수의 섬유들(10F)은 균일한 길이 또는 서로 다른 길이로 세그먼트화되거나 단일한 연속적 섬유일 수도 있다. 일부 실시예에서, 복수의 섬유들(10F)은 부직포, 직조 또는 이들의 조합된 구조를 가질 수 있다. 도 1a는 부직포 조직을 갖는 복수의 섬유들(10F)로 이루어진 섬유층(10)을 개시한다. 이러한 섬유 구조는 압축 공정을 통해 단위 부피 내 섬유들의 밀도를 증가시킬 수도 있다.The plurality of fibers 10F constituting the fibrous layer 10 may be segmented into uniform lengths or different lengths or may be a single continuous fiber. In some embodiments, the plurality of fibers 10F may have a nonwoven fabric, woven fabric, or a combination thereof. Figure la discloses a fiber layer 10 comprising a plurality of fibers 10F having a nonwoven structure. Such a fiber structure may increase the density of fibers in a unit volume through a compression process.

섬유층(10)의 상부 표면에는 돌출되는 적어도 하나 이상의 무정형의 섬유 돌기가 제공될 수 있다. 무정형의 섬유 돌기들은 섬유층(10)의 표면 거칠기를 조절하거나 섬유층(10)이 측정될 시료의 포집을 용이하게 한다. At least one amorphous fiber protrusion protruding from the upper surface of the fiber layer 10 may be provided. The amorphous fiber protrusions adjust the surface roughness of the fiber layer 10 or the fiber layer 10 facilitates the collection of the sample to be measured.

제조 측면에서, 섬유층(10)은 복수의 섬유들(10F)을 랜덤하게 비산시키거나 섞고, 선택적으로는 교락 공정을 수행하여 부직포 구조를 얻거나, 직조 공정을 통해 직조 구조와 같은 규칙적인 구조를 얻을 수 있다. 이러한 제조 방법은 예시적이며, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다. 표면 플라즈몬 활성층(SP)은 복수의 섬유들(10F)의 표면 상에 형성될 수 있다. 표면 플라즈몬 활성층(SP)은 외부로부터 입사되는 광에 의해 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonane; SPR)을 발생시켜 시료에 포함된 분석 대상인 타겟 물질을 검출하기 위한 신호를 증폭시켜 재현성과 신뢰성이 있는 분광 분석을 가능하게 한다.In terms of manufacturing, the fibrous layer 10 can be obtained by randomly scattering or blending a plurality of fibers 10F, optionally by performing an entanglement process to obtain a nonwoven structure, or by using a weaving process, Can be obtained. Such a preparation method is illustrative, and the present invention is not limited thereto. The surface plasmon active layer SP may be formed on the surface of the plurality of fibers 10F. A surface plasmon resonance (SPR) is generated by a light incident from the outside to amplify a signal for detecting a target material to be analyzed contained in the sample, thereby obtaining a reproducible and reliable spectral analysis .

예를 들면, 상기 표면 플라즈몬 활성층(SP)은 표면 플라즈몬 활성층(SP) 표면의 화학적 및 물리적 환경에 따른 변화, 예를 들면, 이들에 접하는 매질의 굴절률 변화에 따른 최대 흡수율 또는 산란율을 갖는 플라즈몬 공명 파장 및/또는 흡수율의 변화를 검출함으로써 시료 내의 타겟 물질을 식별하거나, 상기 타겟 물질의 시료 내 농도를 구할 수 있도록 한다. 또한, 표면 플라즈몬 활성층(SP)에 의해, 입사 광인 라만 레이저가 표면 플라즈몬 활성층(SP)의 표면에서 표면 플라즈몬(Surface Plasmon)을 발생시키고, 상기 표면 플라즈몬이 상기 시료의 특정 분자와 상호작용을 함으로써, 특정 분자의 검출을 위한 표면 증강 라만 분석(Surface-enhanced Raman Spectroscopy: SERS)이 수행될 수도 있다.For example, the surface plasmon active layer SP may have a plasmon resonance wavelength (hereinafter, referred to as " plasmon resonance wavelength ") having a maximum absorption rate or a scattering rate according to a change in the chemical and physical environment of the surface plasmon active layer And / or detecting a change in absorption rate, thereby identifying the target material in the sample or obtaining the concentration of the target material in the sample. In addition, the surface plasmon active layer SP generates surface plasmon on the surface of the surface plasmon active layer SP, and the surface plasmon interacts with a specific molecule of the sample, Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) for the detection of specific molecules may also be performed.

본 발명의 실시예에 따른 분광 분석 센서(100)는 표면 플라즈몬 활성층(SP)의 기재가 되는 섬유들(10F)의 가요성(flexibility)에 의해 분석될 시료가 존재하는 물건 또는 생물체의 표면의 다양한 형상이나 재질에 대응하여 상기 표면에 섬유층(10)을 문지르는 방식으로 시료를 채취할 수 있으며, 그에 따라 측정될 시료의 대상이 다양화되고 시료의 준비 과정이 단순화될 수 있다. 예를 들면, 유리 및 금속과 같은 비탄성적이거나 플라스틱과 같은 탄성체라도 섬유에 비해 낮은 가요성을 갖는 평판형 기재의 경우, 분광 분석시 시료를 별도로 채취하여 분광 분석 센서 상에 도포하여야 하지만, 섬유층 구조의 분광 분석 센서(100)는 그 자체에 의해 시료의 채취와 분석이 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 액상 시료의 경우 섬유층(10) 내의 기공에 의해 섬유층(10) 내부로 빨리 흡수되어, 시료의 채취가 신속하게 이루어질 수도 있으며, 기공 내부로 흡수된 상기 시료들은 섬유층(10) 내에 장시간 동안 안전하게 유지될 수 있다.
The spectroscopic analysis sensor 100 according to the embodiment of the present invention can measure a variety of surfaces of an object or an organism in which a sample to be analyzed exists due to the flexibility of the fibers 10F serving as a base of the surface plasmon active layer SP It is possible to collect the sample by rubbing the fiber layer 10 on the surface corresponding to the shape and the material, thereby diversifying the objects to be measured and simplifying the sample preparation process. For example, in the case of an inelastic or plastic-like elastic body such as glass and metal, which has a lower flexibility than a fiber, a sample should be separately taken at the time of spectral analysis and coated on the spectral analysis sensor, The spectroscopic analysis sensor 100 of the present invention can sample and analyze the sample itself. According to the embodiment of the present invention, in the case of a liquid sample, the pores in the fiber layer 10 are quickly absorbed into the fiber layer 10 to quickly collect the sample, and the samples absorbed into the pore And can be safely kept in the fiber layer 10 for a long time.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서의 섬유(10F) 및 섬유(10F) 상에 형성된 표면 플라즈몬 활성층(SP)을 도시하는 단면도이다. 2 is a sectional view showing a surface plasmon active layer SP formed on the fiber 10F and the fiber 10F of the spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 섬유(10F)는 도 1a를 참조하여 전술한 섬유층(10)을 구성하는 세그먼트화된 복수의 섬유 필라멘트들 중 하나 또는 섬유층(10)을 구성하는 단일한 섬유이다. 섬유(10F)의 표면 상의 표면 플라즈몬 활성층(SP)은 도전성 나노입자들(20)을 포함할 수 있다. 이들 도전성 나노입자들(20)은 상기 도전성 나노입자들을 섬유(10F)의 표면 상에 고정하는 고분자 바인더(20)를 포함할 수 있다. Referring to Fig. 2, the fiber 10F is a single fiber constituting one of the plurality of segmented fiber filaments or the fiber layer 10 constituting the fiber layer 10 described above with reference to Fig. 1A. The surface plasmon active layer SP on the surface of the fiber 10F may include the conductive nanoparticles 20. These conductive nanoparticles 20 may include a polymeric binder 20 that fixes the conductive nanoparticles on the surface of the fiber 10F.

고분자 바인더(20)는 도전성 나노입자들(20)을 내포하도록 섬유(10F)의 표면 상에 도전성 나노입자들(20)의 직경보다 더 큰 두께로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서는, 2개층 이상으로 응집된 도전성 나노입자들(20)이 고분자 바인더(20)에 내포될 수 있도록 고분자 바인더(20)는 충분한 두께를 가질 수도 있다. The polymeric binder 20 may be formed to a thickness larger than the diameter of the conductive nanoparticles 20 on the surface of the fiber 10F so as to contain the conductive nanoparticles 20. [ In some embodiments, the polymeric binder 20 may have a sufficient thickness so that the conductive nanoparticles 20 agglomerated into two or more layers may be contained in the polymeric binder 20.

다른 실시예에서, 고분자 바인더(20)는 도전성 나노입자들(20)의 직경보다 작은 두께로 형성될 수 있으며, 이 경우, 도전성 나노입자들(20)의 표면이 고분자 바인더(20)의 외부로 노출될 수 있다. 도 2는 고분자 바인더(20)의 외부로 도전성 나노입자들(20)의 표면이 노출된 것을 예시한다. 고분자 바인더(20)의 두께 및 그에 따른 도전성 나노입자들(20)의 층의 수 또는 노출 정도는 후술하는 혼합 용매의 고분자 바인더(20)와 도전성 나노입자들의 혼합비 및/또는 고분자 바인더(20)의 농도 또는 건조 공정의 온도 및 시간에 의해 조절될 수 있다.The polymeric binder 20 may be formed to a thickness smaller than the diameter of the conductive nanoparticles 20. In this case, the surface of the conductive nanoparticles 20 may be exposed to the outside of the polymeric binder 20 Can be exposed. FIG. 2 illustrates that the surface of the conductive nanoparticles 20 is exposed to the outside of the polymeric binder 20. The thickness of the polymeric binder 20 and thus the number or the degree of exposure of the conductive nanoparticles 20 may vary depending on the mixing ratio of the polymeric binder 20 and the conductive nanoparticles of the mixed solvent and / Concentration or the temperature and time of the drying process.

고분자 바인더(20)의 분자량은 약 1,000 kDal 내지 약 60,000 kDal의 범위 내일 수 있다. 상기 분자량이 약 1,000 kDal 미만인 경우에는 섬유층 상에 고정되는 도전성 나노입자들의 접합력이 충분하지 않으며, 분자량이 60,000 kDal을 초과하는 경우에는 후술하는 액상 코팅 공정에서 점성이 과다하여 섬유층(10)의 내부로 고분자 바인더(20)와 도전성 나노입자들(20)의 전달이 용이하지 않아, 도전성 나노입자들(20)을 섬유들(10F) 상에 균일하게 코팅하는 것이 어렵다.The molecular weight of the polymeric binder 20 may be in the range of about 1,000 kDal to about 60,000 kDal. When the molecular weight is less than about 1,000 kDal, the bonding strength of the conductive nanoparticles fixed on the fibrous layer is not sufficient. When the molecular weight exceeds 60,000 kDal, the viscosity is excessively high in the liquid coating process, It is difficult to uniformly coat the conductive nanoparticles 20 on the fibers 10F because the transfer of the polymeric binder 20 and the conductive nanoparticles 20 is not easy.

고분자 바인더(20)는 적합한 용매 내에서 용해될 때 이온성을 갖는 고분자일 수 있다. 예를 들면, 고분자 바인더(20)는 양이온성 고분자일 수 있으며, 폴리다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드(poly diallydimethylammonium chloride), 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(poly allylamine hydrochloride), 폴리비닐벤질트리메틸 암모늄 클로라이드(poly 4-vinylbenzyltrimethyl ammonium chloride), 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 고분자 바인더(20)은 음이온성 고분자일 수 있으며, 폴리아크릴산(poly acrylic acid), 폴리소디움 스티렌 술포네이트(poly sodium 4-styrene sulfonate), 폴리비닐술포닉산(poly vinylsulfonic acid), 폴리소디움염(poly sodium salt), 폴리아미노산 (poly amino acids) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 고분자들은 예시적이며, 양성 또는 음성의 이온성기를 갖는 중합체 또는 공중합체들, 전술한 고분자 주쇄에 양성 또는 음극성 이온성기가 결합된 고분자들, 다른 합성 수지, 또는 천연 수지일 수도 있다.The polymeric binder 20 may be an ionic polymer when dissolved in a suitable solvent. For example, the polymeric binder 20 may be a cationic polymer and may be selected from the group consisting of poly diallydimethylammonium chloride, poly allylamine hydrochloride, polyvinyl benzyl trimethyl ammonium chloride (poly 4 -vinylbenzyltrimethyl ammonium chloride, polyethyleneimine, or a mixture thereof. In another embodiment, the polymeric binder 20 may be an anionic polymer and may be selected from the group consisting of poly acrylic acid, poly sodium 4-styrene sulfonate, poly vinylsulfonic acid, Polysodium salt, poly amino acid, or a mixture thereof. The polymers are illustrative and may be polymers or copolymers having positive or negative ionic groups, polymers having positive or negative ionic groups attached to the polymer backbone, other synthetic resins, or natural resins.

도전성 나노입자들(30)은 10 nm 내지 200 nm의 평균 직경을 가질 수 있으며, 구형, 나노 튜브, 나노 컬럼, 나노 로드, 나노 기공, 나노 와이어 중 어느 하나 또는 이들이 조합된 형상을 가질 수 있다. 이들 입자들은 상기 형상에 따라 속이 꽉 찬 형태이거나 다공질 또는 중공형일 수 있다. 상기 도전성 나노입자들은, 탄소, 흑연, 준금속, 금속, 상기 준금속 또는 금속의 합금, 도전성 금속 산화물, 금속 질화물의 도전성 입자이거나, 유리 또는 고분자 절연성 비드 상에 금속 박막과 같은 도전층이 코팅된 코어 쉘 구조의 입자일 수 있다. 일 실시예에서, 도전성 나노입자들(30)은 금, 은과 같은 귀금속일 수 있다.The conductive nanoparticles 30 may have an average diameter of 10 nm to 200 nm and may have any of a spherical shape, a nanotube, a nanocolumn, a nanorod, a nanopore, and a nanowire, or a combination thereof. Depending on the shape, these particles may be in a buoyant form or may be porous or hollow. The conductive nanoparticles may be conductive particles of carbon, graphite, metalloid, metal, metalloid or metal, conductive metal oxide, metal nitride, or a conductive layer such as a metal thin film on a glass or polymer insulating bead Core shell structure. In one embodiment, the conductive nanoparticles 30 may be a noble metal such as gold or silver.

상기 준금속은, 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge) 및 비소(As) 중 어느 하나 또는 이들의 합금일 수 있다. 상기 금속은 금속, 전이 금속 또는 전이후 금속으로서, 타이타늄(Ti), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 스탄튬(Sc), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 네오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 파라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W) 또는 카드뮴(Cd), 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti), 타이타늄(Ti) 또는 이들의 합금일 수 있다.The metalloid may be any one of antimony (Sb), germanium (Ge) and arsenic (As) or an alloy thereof. The metal may be a metal, a transition metal or a transition metal, and may be at least one selected from the group consisting of Ti, Zn, Al, Sc, Cr, Mn, (Co), Ni, Cu, In, Sn, Y, Zr, Ne, Mo, Ru, Ru, (Pd), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), strontium (Sr), tungsten (W) or cadmium (Cd), tantalum (Ta) Ti), titanium (Ti), or an alloy thereof.

상기 도전성 금속 산화물로서, 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 알루미늄 도프된 아연 산화물(AZO), 갈륨 인듐 아연 산화물(GIZO) 또는 아연 산화물(ZnO)이 비제한적으로 예시될 수 있다. 또한, 상기 도전성 질화물로서, 텅스텐 질화물(WN)이 비제한적으로 예시될 수 있다. As the conductive metal oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum doped zinc oxide (AZO), gallium indium zinc oxide (GIZO) or zinc oxide (ZnO) . As the conductive nitride, tungsten nitride (WN) can be exemplified without limitation.

일 실시예에서, 표면 플라즈몬 활성층(SP)의 두께는 10nm 내지 500nm의 범위 내일 수 있다. 표면 플라즈몬 활성층(SP)의 두께가 10nm 미만인 경우, 표면 플라즈몬 활성층(SP)에 의한 분광 분석 신호의 증폭 효과가 미미하여 시료 내 타겟 물질의 분석을 위한 신호의 세기가 분석 가능 범위에 미치지 못할 수 있다. 또한, 표면 플라즈몬 활성층(SP)의 두께가 500nm를 초과하는 경우에는 타겟 물질의 분석을 위한 신호의 세기가 크게 증폭됨과 동시에 오차범위도 함께 커져 시료 분석의 정확성이 낮아질 수 있다.In one embodiment, the thickness of the surface plasmon active layer (SP) may be in the range of 10 nm to 500 nm. When the thickness of the surface plasmon active layer (SP) is less than 10 nm, the amplification effect of the spectroscopic analysis signal by the surface plasmon active layer (SP) is insufficient, so that the intensity of the signal for analysis of the target material in the sample may not be within the analytical range. When the thickness of the surface plasmon active layer (SP) is more than 500 nm, the intensity of a signal for analysis of a target material is greatly amplified, and the error range also increases, so that the accuracy of the sample analysis may be lowered.

섬유층(10)의 표면과 내부의 기공을 통해 섬유층(10)을 구성하는 복수의 섬유들(10F) 상에 표면 플라즈몬 활성층(SP)이 균일하게 형성된 경우, 섬유층(10)에 피착된 분석 시료의 측정 결과가 재현성을 가질 수 있다. 또한, 섬유들(10F)의 1차원 선형 구조는 공간적으로 규칙적으로 또는 랜덤하게 배열되어 3차원 구조를 이루면서 평판 구조의 다른 유리 또는 플라스틱과 같은 기재에 비해 표면적을 향상시켜 상기 평판 구조에 비해 표면 플라즈몬 활성층(SP)의 함유량을 증가시켜 분석 신호의 강도를 증가시킴으로써 감도 향상을 달성할 수 있다.When the surface plasmon active layer SP is uniformly formed on the plurality of fibers 10F constituting the fiber layer 10 through the pores of the surface and the inner surface of the fiber layer 10, The measurement results can be reproducible. Further, the one-dimensional linear structure of the fibers 10F is spatially regularly or randomly arranged to form a three-dimensional structure, and the surface area is improved compared to other glass or plastic substrates such as a flat plate structure, The sensitivity can be improved by increasing the content of the active layer SP to increase the intensity of the analysis signal.

도전성 나노입자(30)에 의한 SPR은 표면 증강 라만 분석(Surface-enhanced Raman Spectroscopy: SERS)뿐만 아니라, 나노구조체에 기인하는 국소표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance; LSPR)에 의한 분광 분석을 가능하게 한다. 상기 LSPR은 나노입자들 또는 나노 구조체 표면의 화학적 및 물리적 환경에 따른 변화, 예를 들면, 이들에 접하는 매질의 굴절률 변화에 따른 최대 흡수율 또는 산란율을 갖는 플라즈몬 공명 파장의 변화를 검출함으로써 특정 분자를 식별하거나, 특정 분자의 매질 내 농도를 구할 수 있고, 상기 굴절률의 변화에 고감도를 갖기 때문에 비표지(label-free) 방식에 의해 검지가 이루어질 수 있기 때문에, 종래의 프리즘 결합(prism coupling)에 의한 파형 플라즈몬을 이용한 벌크 SPR 센서에 비하여 많은 장점을 갖는다. SPR by the conductive nanoparticles 30 enables spectroscopic analysis by localized surface plasmon resonance (LSPR) attributed to nanostructures as well as surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) do. The LSPR identifies a specific molecule by detecting a change in the plasmon resonance wavelength with a change in the chemical and physical environment of the surface of the nanoparticles or the nanostructure, for example, a maximum absorption rate or a scattering rate according to a change in the refractive index of a medium in contact with the surface Since the concentration of a specific molecule in a medium can be determined and the detection can be performed by a label-free method because of the high sensitivity to the change of the refractive index, a waveform due to a prism coupling It has many advantages over the bulk SPR sensor using plasmon.

또한, 본 발명의 분광 분석 센서는 섬유층(10)의 구조적인 특성으로 인하여 가요성(flexibility)를 갖고 표면 거칠기(surface roughness)가 크기 때문에, 시료가 존재하는 다양한 표면의 프로파일에 대응할 수 있으며, 시료에 대한 센서의 접촉 표면적이 증가될 수 있으므로, 적은 양의 시료를 쉽게 채취할 수 있고, 표면 플라즈몬에 의해 기판의 측정 감도를 향상시킬 수 있다.
In addition, since the spectral analysis sensor of the present invention has flexibility and surface roughness due to the structural characteristics of the fiber layer 10, it can correspond to various surface profiles on which the sample exists, It is possible to easily collect a small amount of the sample and improve the measurement sensitivity of the substrate by the surface plasmon.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분광 분석 센서의 섬유(10F) 및 섬유(10F) 상에 형성된 표면 플라즈몬 활성층(SP)을 도시하는 단면도이다. 섬유 및 표면 플라즈몬 활성층(SP)에 관하여는 전술한 내용을 참조할 수 있다.3 is a cross-sectional view showing a surface plasmon active layer SP formed on the fiber 10F and the fiber 10F of the spectroscopic analysis sensor according to another embodiment of the present invention. As to the fiber and surface plasmon active layer (SP), the above description can be referred to.

도 3을 참조하면,표면 플라즈몬 활성층(SP)은 도전성 나노입자들과 이들을 섬유(10F)의 표면 상에 고정하는 고분자 바인더를 포함할 수 있다. 도 3은 도전성 나노입자들이 단일층으로 서로 응집된 구조를 도시하지만, 이는 예시적이며, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이 2 개 이상의 복수층을 갖거나, 이산적 구조를 가질 수도 있다. 또한, 도전성 나노입자들은 고분자 바인더 내에 내포되거나 밖으로 노출될 수도 있다. 이에 따라, 고정 물질(40)은 외부로 노출된 고분자 바인더, 및/또는 도전성 나노입자(30)의 표면 상에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the surface plasmon active layer SP may include conductive nanoparticles and a polymeric binder that fixes the conductive nanoparticles on the surface of the fiber 10F. Fig. 3 shows a structure in which the conductive nanoparticles are aggregated with each other as a single layer, but this is illustrative and may have two or more layers as described above with reference to Fig. 2, or may have a discrete structure. In addition, the conductive nanoparticles may be embedded in or exposed out of the polymeric binder. Accordingly, the fixing material 40 can be formed on the surface of the polymer binder and / or the conductive nanoparticles 30 exposed to the outside.

고정 물질(L)은 상기 타겟 물질과 결합 가능한 저분자 화합물, 항원, 항체, 단백질, 펩타이드, DNA, RNA, PNA, 효소, 효소 기질, 호르몬, 호르몬 수용체, 관능기를 포함하는 합성 시약 중 어느 하나, 이의 모사물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이의 고정 방법에 관하여는 공지의 기술이 참조될 수 있다. 또한, 상기 타겟 물질은 아미노산, 펩티드, 폴리펩티드, 단백질, 당단백질, 지단백질, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고당, 다당류, 지방산, 지질, 호르몬, 대사물질, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경 전달 물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사물질, 보조 인자, 저해제, 약물, 약제, 영양소, 플리온, 독소, 독, 폭약, 살충제, 화학적 교전제, 생물위험제, 박테리아, 바이러스, 방사선 동위원소, 비타민, 헤테로시클 방향족 화합물, 카르시노겐, 뮤타겐, 마약, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 및 오염물 중 어느 하나 이상일 수 있다.
The immobilizing material L may be any one selected from the group consisting of a low molecular compound capable of binding to the target substance, an antigen, an antibody, a protein, a peptide, DNA, RNA, PNA, enzyme, enzyme substrate, hormone, hormone receptor, Or a combination thereof, and a known technique may be referred to as a fixing method thereof. The target material may be selected from the group consisting of amino acids, peptides, polypeptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, nucleosides, nucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, sugars, carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides, fatty acids, lipids, hormones, Chemokines, receptors, neurotransmitters, antigens, allergens, antibodies, substrates, metabolites, cofactors, inhibitors, drugs, drugs, nutrients, plion, toxins, poisons, explosives, pesticides, chemical agents, , Viruses, radioactive isotopes, vitamins, heterocyclic aromatic compounds, carcinogens, mutagen, drugs, amphetamines, barbiturates, hallucinogens, wastes and contaminants.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 5a 및 도 5b는 상기 제조 방법에 따른 결과물들을 도시한다.FIG. 4 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 5A and 5B show the results of the manufacturing method.

도 4와 함께 도 5a를 참조하면, 이온성 고분자 바인더(20S) 및 도전성 나노입자들을 포함하는 혼합 용액(SV)을 준비한다(S10). 혼합 용액(SV)은 고분자 바인더(20S)를 적합한 용매(SV)에 용해시키고, 도전성 나노입자들(30S)을 용매(SV)에 분산시켜 혼합 용액(PL)을 제조할 수 있다(S10). 다른 실시예로서, 고분자 바인더(20S)는 모노머와 같은 저분자량 전구체로 용매(SV) 내에 용해되고, 후속 단계, 예를 들면, S20, S30, 또는 그 이후에 추가적으로 가교 단계를 통해 고분자화될 수 있다. 고분자 바인더(20S)와 도전성 나노입자들(30S)은 혼합 용액 내에서 서로 엉겨, 고분자 바인더(20S)에 플럭스(flux 또는 흐름)가 발생하는 경우 고분자 바인더(20S)의 플럭스의 방향으로 도전성 나노입자들(30S)의 플럭스가 발생할 수 있다.Referring to FIG. 5A together with FIG. 4, a mixed solution SV including an ionic polymer binder 20S and conductive nanoparticles is prepared (S10). The mixed solution SV can prepare the mixed solution PL by dissolving the polymeric binder 20S in a suitable solvent SV and dispersing the conductive nanoparticles 30S in the solvent SV. In another embodiment, the polymeric binder 20S is dissolved in the solvent SV with a low molecular weight precursor such as a monomer and can be polymerized through a further crosslinking step at a subsequent step, e.g., S20, S30, or thereafter have. The polymeric binder 20S and the conductive nanoparticles 30S are entangled with each other in the mixed solution so that when a flux or a flux is generated in the polymeric binder 20S, The flux of the impurities 30S may occur.

용매(SV)는 증류수 또는 탈이온수와 같은 물, 지방족 알코올, 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토니트릴, 지방족 술폭시드 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 용매(SV)는 이온성 고분자 바인더(20S)가 쉽게 용해될 수 있는 공지의 다른 극성 용매일 수도 있다.The solvent SV may be any one of water such as distilled or deionized water, aliphatic alcohol, aliphatic ketone, aliphatic carboxylic acid ester, aliphatic carboxylic acid amide, aromatic hydrocarbon, aliphatic hydrocarbon, acetonitrile, aliphatic sulfoxide, Lt; / RTI > In addition, the solvent SV may be any known polarity solvent in which the ionic polymeric binder 20S can be easily dissolved.

혼합 용액(PL) 내에는 혼합 용액(PL)의 총 중량에 대하여 고분자 바인더(20S)가 A 중량 0.01 내지 10 % 의 범위 내로 첨가되고, 도전성 나노입자(30S)는 A 몰농도 0.01% 내지 10%의 범위 내로 첨가될 수 있다. 나머지는 용매로 채워질 수 있다. 선택적으로는, 알긴산, 일간산 유도체 및 이들의 혼합물과 같은 적합한 분산 안정제, 또는 붕산, 오르토인산, 아세트산, 아스코르브산, 및 구연산과 같은 pH 조절제가 첨가될 수 있다. 또는, 광감성 고분자 바인더인 경우에는 가교 반응을 위하여 광개시제가 더 첨가될 수도 있다.The polymeric binder 20S is added to the mixed solution PL within the range of 0.01 to 10% by weight of the polymeric binder 20S based on the total weight of the mixed solution PL, and the conductive nanoparticles 30S have an A molar concentration of 0.01% to 10% Lt; / RTI > The remainder may be filled with solvent. Alternatively, a suitable dispersion stabilizer such as alginic acid, a monovalent acid derivative and mixtures thereof, or a pH adjusting agent such as boric acid, orthophosphoric acid, acetic acid, ascorbic acid, and citric acid may be added. Alternatively, in the case of a photosensitive polymer binder, a photoinitiator may be further added for the crosslinking reaction.

도 4와 함께 도 5b를 참조하면, 혼합 용액(PL) 내에 섬유층(10)을 침지시킨다(S20). 섬유층(10)은 혼합 용액(PL) 내에서 자유 배치가 되거나 클램프와 같은 기구에 의해 고정될 수 있다. 또한, 2 이상의 섬유층들이 침지될 수 있다. 다른 실시예에서는, 용매(SV) 내에 먼저 섬유층(10)을 침지시키고, 고분자 바인더(20S)와 도전성 나노입자들(30S)을 분산 및 용해시킬 수도 있다.Referring to FIG. 5B together with FIG. 4, the fiber layer 10 is immersed in the mixed solution PL (S20). The fibrous layer 10 may be freely placed in the mixed solution PL or fixed by a mechanism such as a clamp. Further, two or more fibrous layers may be immersed. In another embodiment, the fiber layer 10 may be first dipped in the solvent SV to disperse and dissolve the polymeric binder 20S and the conductive nanoparticles 30S.

섬유층(10)은 침지 단계 이전에 세정되거나 표면 플라즈몬 활성층의 부착을 위해 표면 처리될 수 있다. 일 실시예에서, 섬유층(10)은 광촉매가 코팅될 수 있다. 광촉매는 졸겔법과 같은 방법에 의하여 제조될 수 있고, 분무 또는 도포에 의하여 섬유들(10F)에 코팅될 수 있다. 상기 광촉매는 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화텅스텐(WO3) 등이 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 광촉매는 혼합 용액(PL) 내에 분산될 수도 있다.The fibrous layer 10 may be cleaned prior to the immersion step or may be surface treated to adhere the surface plasmon active layer. In one embodiment, the fibrous layer 10 may be coated with a photocatalyst. The photocatalyst can be produced by the same method as the sol-gel method and can be coated on the fibers 10F by spraying or coating. The photocatalyst may be titanium dioxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tungsten oxide (WO 3 ), or the like. In another embodiment, the photocatalyst may be dispersed in the mixed solution PL.

이와 같이 섬유층(10)이 혼합 용액(SV) 내에 침지된 상태에서 전기장(E)을 인가한다(S30). 전기장(E)은 직류, 교류 또는 이의 복합 파형을 가질 수 있다. 직류 전기장의 경우, 전기장(E))의 방향은 섬유층(10)의 주면, 예를 들면 상부 표면에 수직한 방향으로 인가될 수 있으며, 그 방향은 이온성 고분자 바인더(20S)의 극성에 따라 결정될 수 있다. 예를 들면, 도 5b에 도시된 바와 같이 섬유층(10)의 상부 표면으로부터 하부 표면으로 도전성 나노입자들(30S)을 전달하고자 한다면, 양이온성 고분자 바인더가 사용된 경우 연직 하방으로 전계를 형성할 수 있다. 반대로, 음이온성 고분자 바인더가 사용된 경우, 연직 상방으로 전계를 형성할 수도 있다. 다른 실시예에서, 전기장(E)이 교류 전기장인 경우 전기장(E)의 방향은 여하의 방향일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전기장(E)은 서로 다른 방향의 전계를 갖거나 서로 다른 종류의 신호를 갖는 복수의 전기장을 포함할 수도 있다.The electric field E is applied in the state where the fiber layer 10 is immersed in the mixed solution SV (S30). The electric field E may have a DC, AC, or composite waveform thereof. The direction of the electric field E in the case of the direct current electric field can be applied in a direction perpendicular to the main surface of the fiber layer 10, for example, the upper surface, and the direction is determined according to the polarity of the ionic polymer binder 20S . For example, if the conductive nanoparticles 30S are to be transferred from the upper surface to the lower surface of the fibrous layer 10 as shown in FIG. 5B, if a cationic polymeric binder is used, an electric field can be formed vertically downward have. Conversely, when an anionic polymeric binder is used, an electric field may be formed vertically upward. In another embodiment, the direction of the electric field E may be any direction if the electric field E is an alternating electric field. In yet another embodiment, the electric field E may comprise a plurality of electric fields having electric fields of different directions or having different kinds of signals.

전기장(E)에 의해 하전된 고분자 바인더(20S)의 전기 영동이 가능해진다. 그에 따라, 고분자 바인더(20S)의 플럭스가 발생하고 고분자 바인더(20S)의 플럭스가 도전성 나노입자들(30S)의 플럭스를 발생시킨다. 상기 플럭스는 전기장(E)에 의해 활성화되고 더 큰 운동 에너지를 갖도록 가속되어 섬유층(10)의 표면 및 섬유층(10)의 기공을 통해 내부로 고분자 바인더(20S)와 도전성 나노입자들(30S)이 전달될 수 있다.The electrophoresis of the polymeric binder 20S charged by the electric field E becomes possible. As a result, the flux of the polymeric binder 20S is generated and the flux of the polymeric binder 20S generates the flux of the conductive nanoparticles 30S. The flux is activated by the electric field E and is accelerated to have a larger kinetic energy so that the polymer binder 20S and the conductive nanoparticles 30S are injected into the surface of the fiber layer 10 and through the pores of the fiber layer 10 Lt; / RTI >

섬유들(10F)의 표면 상으로 전달된 고분자 도전성 나노입자들(30S)과 고분자 바인더(20S)의 운동 에너지는 전기장은 3차원적으로 배열될 섬유들(10F)의 표면 상에 실질적으로 랜덤한 방향으로 전달되고 높은 운동에너지로 인하여 섬유들(10F)의 표면 상에 균일하게 코팅될 수 있다. 또한, 섬유들(10F)의 상부 표면 상에 도전성 나노입자들이 고밀도로 균일하게 코팅될 수 있다.The kinetic energy of the polymeric conductive nanoparticles 30S and the polymeric binder 20S transferred onto the surface of the fibers 10F is such that the electric field is substantially random on the surface of the fibers 10F to be arranged three- And can be uniformly coated on the surface of the fibers 10F due to high kinetic energy. In addition, the conductive nanoparticles can be coated on the upper surface of the fibers 10F at a high density and uniformly.

일 실시예에서, 섬유층(10)은 전기적으로 플로팅 상태에 있으며, 전기장(E)은 혼합 용액(SV)의 외부에서 형성되고, 혼합 용액(SV) 내부로 관통될 수 있다. 전기장(E)은, 전술한 바와 같이 정전기장, 교류 전기장 또는 다른 파형을 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 전기장(E)은 챔버 내에서의 플라즈마 방전에 의해 생성될 수 있으며, 이에 관하여는 도 5를 참조하여 후술하도록 한다.In one embodiment, the fibrous layer 10 is in an electrically floating state, and the electric field E is formed outside the mixed solution SV and can penetrate into the mixed solution SV. The electric field E may have an electrostatic field, an alternating electric field or other waveform as described above, and the present invention is not limited thereto. The electric field E can be generated by a plasma discharge in the chamber, which will be described later with reference to Fig.

이후, 섬유층(10)에 도전성 나노입자들(30S)이 충분히 코팅되고 고정되면, 혼합 용액(50)으로부터 섬유층(10)을 회수한다. 단계 S30의 소요 시간은 통상의 교반 공정으로 코팅하는 것에 비해 10초 내지 5 분으로 극도로 짧은 시간이다. 이후, 회수된 섬유층(10)의 건조 단계를 수행하거나, 고분자 바인더의 가교 반응을 위해 자외선 또는 열을 조사할 수도 있다. 일부 실시예에서는, 섬유층(10)에 대한 세정이 이루어질 수 있다. 상기 세정에 의해 미고정된 도전성 나노입자들 또는 고분자 바인더가 제거되고, 이후 건조 공정에 의해 고분자 바인더의 수축이 일어날 수 있다. 이 경우, 도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 섬유들(10F)에 코팅된 고분자 바인더(20)가 수축되면서 도전성 나노입자들(30)의 일부 표면이 노출될 수 있다. Thereafter, when the conductive nanoparticles 30S are sufficiently coated and fixed on the fibrous layer 10, the fibrous layer 10 is recovered from the mixed solution 50. Then, The time required for step S30 is extremely short, from 10 seconds to 5 minutes, as compared with coating with a conventional stirring process. Thereafter, the recovered fiber layer 10 may be dried, or ultraviolet rays or heat may be irradiated for crosslinking reaction of the polymeric binder. In some embodiments, cleaning of the fibrous layer 10 can be accomplished. The cleaning may remove unfixed conductive nanoparticles or the polymeric binder, and then shrinkage of the polymeric binder may be caused by the drying process. In this case, as described above with reference to FIG. 2, the polymer binder 20 coated on the fibers 10F shrinks and some surfaces of the conductive nanoparticles 30 can be exposed.

전술한 실시예에서는 부직포 구조의 섬유층을 미리 제조하여 금속 나노입자의 코팅 공정이 수행되었지만, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 복수의 섬유들의 가닥들 상에 금속 나노입자의 코팅 공정을 먼저 수행하고 이를 회수한 후, 직조 또는 부직포 가공 공정을 수행하여 섬유층 형태의 분광 분석 센서를 제조할 수도 있다.
In the above-described embodiment, the fibrous layer of the nonwoven fabric structure is prepared in advance and the coating process of the metal nanoparticles is performed. However, the present invention is not limited thereto. For example, a coating process of metal nanoparticles on the strands of a plurality of fibers may be performed first, followed by recovery of the metal nanoparticles, and then a woven or nonwoven fabric process may be performed to produce a fiber layer-type spectroscopic analysis sensor.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분광 분석 센서의 제조 장치(1000)를 도시한다.FIG. 6 illustrates an apparatus 1000 for manufacturing a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제조 장치(1000)는 전기장(E)의 발생 장치이다. 제조 장치(1000)는 전계 발생을 위한 2 개의 전극, 즉, 애노드(AE)와 캐소드(CE)를 가질 수 있다. 애노드(SE)와 캐소드(CE)는 복수 개일 수 있으며, 서로 다른 방향의 전계를 갖도록 공간적으로 배치될 수도 있다.Referring to FIG. 6, the manufacturing apparatus 1000 is an apparatus for generating an electric field E. FIG. The manufacturing apparatus 1000 may have two electrodes for generating an electric field, that is, an anode (AE) and a cathode (CE). There may be a plurality of the anode (SE) and the cathode (CE), and may be spatially arranged so as to have electric fields in different directions.

일 실시예에서, 제조 장치(1000)는 기체 방전에 의한 전계를 생성할 수 있는 적합한 가스 공급 수단을 더 포함할 수도 있다. 애노드(AE)와 캐소드(CE) 사이에 의해 정의되는 공간으로 가스(P)가 화살표 A로 지시한 바와 같이 인입되고, 연속적으로 화살표 B로 나타낸 바와 같이 가스(P)가 방출된다. 가스(P)의 방출 또는 애노드(AE)와 캐소드(CE) 사이 공간의 감압을 위해 펌프 시스템(미도시)이 제공될 수 있다. In one embodiment, the manufacturing apparatus 1000 may further comprise suitable gas supply means capable of generating an electric field by gas discharge. The gas P is introduced into the space defined by the anode (AE) and the cathode (CE) as indicated by the arrow A, and the gas P is continuously discharged as indicated by the arrow B. A pump system (not shown) may be provided for the release of the gas P or for the depressurization of the space between the anode AE and the cathode CE.

가스(P)는 애노드(AE)와 캐소드(CE) 중 어느 하나 또는 이들 모두로부터 제공될 수 있으며, 이를 위하여, 애노드(AE)와 캐소드(CE)는 샤워 헤드와 유사한 모양의 관통홀을 가질 수 있다. 상기 가스는 헬류(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 질소(N2), 및 공기 중 어느 하나 또는 이들의 혼합 기체를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 가스(P)는 다른 반응성 기체일 수 있다.The gas P may be provided from either or both of the anode AE and the cathode CE and for this purpose the anode AE and the cathode CE may have through holes similar in shape to the showerhead have. The gas may include any one or a mixed gas of helryu (He), neon (Ne), argon (Ar), nitrogen (N 2), and air. However, this is illustrative and the gas P may be another reactive gas.

캐소드(CE)에는 가스(P)의 기체 방전, 즉 플라즈마 발생을 위한 교류 발생기(RF generator)가 전기적으로 결합될 수 있으며, 애노드(AE)는 접지될 수 있다. 또는, 위와 같은 교류 방전이 아닌 직류 방전을 위해 애노드(AE)에는 양의 전압이 인가되고, 캐소드(CE)에는 음의 전압이 인가될 수도 있다. 캐소드(CE)와 애노드(AE) 사이에 혼합 용액(50) 내에 섬유층(10)이 침지된 용기(60)를 재치한 후, 플라즈마 발생을 위해 애노드(AE) 및/또는 캐소드(CE)에 전원이 공급된 채로 수초 내지 수분간 나노입자들의 고정 공정을 수행한다. 애노드(AE)로부터 용기(60) 사이의 거리는 0.5 cm 내지 40 cm 간격을 유지할 수 있다.The cathode CE may be electrically coupled to an RF generator for generating a gas discharge of the gas P, that is, for generating a plasma, and the anode AE may be grounded. Alternatively, a positive voltage may be applied to the anode (AE) and a negative voltage may be applied to the cathode (CE) for direct current discharge other than the above AC discharge. After the container 60 in which the fiber layer 10 is immersed in the mixed solution 50 is placed between the cathode CE and the anode AE and the power is supplied to the anode AE and / And the fixing process of the nanoparticles is carried out for several seconds to several minutes while being supplied. The distance between the anode (AE) and the vessel (60) can be maintained between 0.5 cm and 40 cm.

도 5의 제조 장치(1000)에서는 캐소드(CE)의 교류 발생기에 전원이 인가되면, 캐소드(CE)는 셀프 바이어스(self-bias)에 의해 음의 전위를 갖게 되고, 이로써, 접지된 애노드(AE)와 캐소드(CE) 사이에 화살표 방향의 전기장(E)이 생성된다. 이에 의해 혼합 용액 내의 도전성 나노입자(30)들과 고분자 바인더(20)의 흐름이 발생하고, 이를 수초 내지 수분 지속함으로써, 섬유층(10) 상에 도전성 나노입자들을 고정할 수 있다. In the manufacturing apparatus 1000 of FIG. 5, when power is applied to the AC generator of the cathode CE, the cathode CE has a negative potential by a self-bias, whereby the grounded anode AE ) And the cathode (CE). Thereby, the flow of the conductive nanoparticles (30) and the polymeric binder (20) in the mixed solution is generated, and the conductive nanoparticles can be fixed on the fiber layer (10) by maintaining this for several seconds to several minutes.

도시된 애노드(AE)와 캐소드(CE)의 위치는 서로 반대일 수도 있다. 또한, 애노드(AE)은 평평한 것에 한하지 않고, 뚜껑과 같이 측벽을 가짐으로써 기체 방전 공간을 한정하거나 챔버의 본체일 수도 있다. 일부 실시예에서, 상기 기체 방전을 위한 상기 공간의 압력은 상압이거나 상압 미만의 진공 상태일 수 있으며, 이를 위해 제조 장치(1000)에 진공 펌프가 제공될 수도 있다. 전술한 플라즈마 장치는 용량 결합형 플라즈마 챔버이지만, 다른 유도 결합형 플라즈마 또는 다른 플라즈마 소스를 더 포함할 수도 있다.
The positions of the anode (AE) and the cathode (CE) shown may be opposite to each other. In addition, the anode (AE) is not limited to being flat, and may have a side wall such as a lid to define a gas discharge space or may be the body of the chamber. In some embodiments, the pressure of the space for the gas discharge may be atmospheric pressure or a vacuum condition below atmospheric pressure, and a vacuum pump may be provided to the manufacturing apparatus 1000 for this purpose. The plasma apparatus described above is a capacitively coupled plasma chamber, but may also include other inductively coupled plasma or other plasma sources.

실험예Experimental Example

고분자 바인더로서 0.01 중량%의 ethlyleneglycolamine 를 첨가하고, 도전성 나노입자로서 평균 직경이 50nm인 0.05 중량%의 금 나노입자들을 용매인 증류수에 첨가하고 교반하여 혼합 용액을 제조하였다. 상기 금 나노입자가 코팅될 섬유층으로서 폴리에스테르 패브릭을 증류수로 세정 및 표면 처리한 후, 상기 혼합 용액 내에 침지하였다. 0.01 wt% ethlyleneglycolamine was added as a polymer binder, and 0.05 wt% gold nanoparticles having an average diameter of 50 nm as conductive nanoparticles were added to distilled water as a solvent and stirred to prepare a mixed solution. As the fiber layer to be coated with the gold nanoparticles, the polyester fabric was washed and treated with distilled water, and then immersed in the mixed solution.

이후, 고분자 바인더에 결합된 금 나노입자가 상기 폴리에스테르 패브릭에 상기 혼합 용액을 전기장 발생 장치 내에 설치하고 전기장을 상기 혼합 용액 내로 인가하여 코팅 반응을 진행하였다. 플라즈마 챔버 내에 상기 혼합 용액과 폴리에스테르 패브릭이 담긴 용기를 플라즈마 챔버 내에 재치하고 플라즈마를 방전시켜 상기 전기장을 인가하였다. 플라즈마 방전을 30초간 실시하고, 섬유층을 회수하여 건조함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 분광 분석 센서를 제조하였다. 본 실험예와 대비되는 실험으로서 상기 혼합 용액 내에 폴리에스테르 패브릭을 전기장을 인가하지 않고 교반 공정을 4시간 수행하고 회수한 후 건조하여 비교예에 따른 분광 분석 센서를 제조하였다.Then, the gold nanoparticles bonded to the polymer binder were placed in the electric field generator in the polyester fabric, and an electric field was applied to the mixed solution to perform the coating reaction. The mixed solution and the container containing the polyester fabric were placed in a plasma chamber in a plasma chamber, and the electric field was applied by discharging the plasma. Plasma discharge was performed for 30 seconds, and the fibrous layer was recovered and dried to prepare a spectral analysis sensor according to an embodiment of the present invention. As a comparative experiment to the present experimental example, the polyester fabric in the mixed solution was stirred for 4 hours without applying an electric field, and recovered and dried to prepare a spectral analysis sensor according to a comparative example.

도 7a 및 도 7b는 각각 상기 실험예에 의해 얻어진 분광 분석 센서(200a)와 비교예에 따른 분광 분석 센서(200b)의 광학 이미지이다. 도 7a를 참조하면, 실험예에 따른 분광 분석 센서(200a)가 비교예에 따른 분광 분석 센서(200b)에 비하여 색상이 짙으며, 전 면적에 걸쳐 색상이 균일하다. 이로부터, 본 발명의 실시예에 따르면, 섬유층에 표면 플라즈몬 활성층을 더 균일하고 고밀도로 코팅시킬 수 있다.
7A and 7B are optical images of the spectroscopic analysis sensor 200a obtained by the above experimental example and the spectroscopic analysis sensor 200b of the comparative example, respectively. Referring to FIG. 7A, the spectroscopic analysis sensor 200a according to the experimental example is darker in color than the spectroscopic analysis sensor 200b according to the comparative example, and has uniform color over the entire area. Thus, according to the embodiment of the present invention, the surface plasmon active layer can be more uniformly and densely coated on the fibrous layer.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 분광 분석 센서들의 건조 상태(Dry; 1a, 1b, 1c, 1d) 및 수분에 젖은 상태(Wet; 1b, 2b, 3b, 4b)의 광학 사진 이미지이다. 각 시료들은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 것으로서, 이미지 (1a, 1b), (2a, 2b), (3a, 3b) 및 (4a, 4b)는 각각 도전성 나노입자를 코팅하지 아니한 경우, 도전성 나노입자를 1배, 2배 및 3배로 농도를 달리하여 30초 동안 전기장하의 코팅 공정을 수행하여 제조된 것이다. 건조 상태의 시료 분석용 기판보다 젖은 상태의 시료 분석용 기판의 색상이 짙음을 확인할 수 있다.FIG. 8 is a graph showing optical photographs of the dry state (Dry; 1a, 1b, 1c, and 1d) and wet states (Wet; 1b, 2b, 3b, and 4b) of the spectral analysis sensors manufactured according to an embodiment of the present invention; to be. Each of the samples was manufactured in accordance with an embodiment of the present invention. The images 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b and 4a, The nanoparticles were prepared by performing a coating process under an electric field for 30 seconds at different concentrations of 1, 2, and 3 times. It can be confirmed that the color of the substrate for analyzing the sample in a wet state is thicker than the substrate for the analysis of the sample in the dry state.

표면 증강 라만분광법의 분석 감도가 월등히 뛰어난 이유는 도전성 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명 현상에 따른 표면 라만신호의 증폭에 기인한다. 따라서, 도전성 나노입자가 기질의 표면에 잘 고정되어 국소표면 플라즈몬 공명 현상이 발현할 수 있어야만 표면증강 라만현상을 발현할 수 있는 센서의 기질로 사용될 수 있다. 이러한 국소표면 플라즈몬 공명의 발현 여부는 도전성 나노입자가 코팅된 기질 주변의 굴절률을 인위적으로 변화시켜 흡광도의 변화여부, 즉 색의 짙은 정도를 측정하여 확일할 수 가 있다. The reason why the surface enhancement Raman spectroscopy has superior analytical sensitivity is due to the amplification of the surface Raman signal due to the local surface plasmon resonance of the conductive nanoparticles. Therefore, the conductive nanoparticles can be fixed to the surface of the substrate and the local surface plasmon resonance phenomenon can be expressed, which can be used as a sensor substrate capable of expressing the surface enhanced Raman phenomenon. This expression of local surface plasmon resonance can be confirmed by measuring the degree of change in absorbance, that is, the degree of darkness, by artificially changing the refractive index around the substrate coated with the conductive nanoparticles.

도 8은 도전성 나노입자가 코팅된 지질을 굴절률이 1인 공기중에 노출한 다음(1a,2a,3a,4a), 굴절률이 1.333에 해당하는 물에 노출(1b,2b,3b,4b)시켜 그 색변화를 측정한 결과이다. 도8을 참조하면, 도전성 나노입자가 코팅되지 아니한 경우(1a)는 도전성 나노입자가 코팅되지 않은 지질로 주변의 굴절률이 1.333(물)로 증가된 경우(1b)에서도 색의 변화가 나타나지 않는다. 그러나, 도전성 나노입자가 코팅된 경우(2a,3a,4a)는 주변 굴절률이 1(공기)에서 1.333(물)로 증가됨(2a,3a,4a)에 따라, 도전성 나노입자 코팅패턴의 흡광도가 월등히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 흡광도 증가현상은 도전성 나노입자의 코팅정도가 증가함에 따라 더욱 현저히 증가함을 나타낸다. 따라서, 도전성 나노입자가 고밀도로 코팅된 분광 분석 센서의 경우 국소표면 플라즈몬 공명현상을 뚜렷하게 발현하며 표면증강 라만현상이 더 증폭될 수 있으므로, 소량의 시료도 정확하게 분석할 수 있다.
FIG. 8 is a graph showing the results of exposure (1b, 2b, 3b, 4b) of water having a refractive index of 1.333 after exposing the coated lipid coated with conductive nanoparticles to air having a refractive index of 1 This is the result of measuring the color change. Referring to FIG. 8, in the case where the conductive nanoparticles are not coated (1a), there is no change in color even when the refractive index of the surroundings is increased to 1.333 (water) with the lipid not coated with the conductive nanoparticles (1b). However, when the conductive nanoparticles are coated (2a, 3a, 4a), the ambient refractive index increases from 1 (air) to 1.333 (water) (2a, 3a, 4a) , Respectively. This increase in absorbance indicates that the degree of coating of the conductive nanoparticles increases more remarkably as the degree of coating increases. Therefore, in the case of the spectral analysis sensor in which the conductive nanoparticles are coated at high density, the local surface plasmon resonance phenomenon is clearly manifested and the surface enhancement Raman phenomenon can be further amplified, so that a small amount of the sample can be analyzed accurately.

도 9a는 폴리카보네이트 섬유들 상에 금속 나노입자가 코팅된 분광 분석 센서(300)의 광학 사진 이미지이고, 도 9b는 분광 분석 센서(300)의 주사전자현미경 이미지이다.9A is an optical photographic image of the spectroscopic analysis sensor 300 on which the metal nanoparticles are coated on the polycarbonate fibers, and FIG. 9B is a scanning electron microscope image of the spectroscopic analysis sensor 300. FIG.

도 9a를 참조하면, 폴리카보네이트 섬유들을 기재로 하는 부직포 구조의 분광 분석 센서(300)는 금 나노입자를 코팅한 후 전술한 폴리에스테르 섬유들을 기재로 하는 분광 분석 센서에 비하여 더 짙은 색상을 나타낸다. 폴리카보네이트 섬유들을 기재로 하는 부직포 구조의 분광 분석 센서(300)는 강도가 높고, 내화학성을 가지므로 와이퍼는 물론 필터 방식으로도 시료 채취가 가능하다. 또한, 도 9b를 참조하면, 분광 분석 센서(300)의 바인더층에 금 나노입자가 고밀도로 코팅됨을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 9A, the non-woven structure spectral analysis sensor 300 based on polycarbonate fibers exhibits a darker color as compared with a spectral analysis sensor based on the above-described polyester fibers after coating gold nanoparticles. Since the spectroscopic analysis sensor 300 having a non-woven structure based on polycarbonate fibers has high strength and chemical resistance, it is possible to collect samples by a filter method as well as a wiper. Referring to FIG. 9B, gold nanoparticles are coated on the binder layer of the spectroscopic analysis sensor 300 at a high density.

도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 분광 분석 센서를 이용한 아세타미노펜의 라만 스펙트럼이며, 도 9b는 비교예에 따른 섬유층 상에 아세타미노펜의 라만 스펙트럼이다.FIG. 10A is a Raman spectrum of acetaminophen using a spectroscopic analysis sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a Raman spectrum of acetaminophen on a fiber layer according to a comparative example.

도 10a를 참조하면, 금 나노입자들이 코팅된 폴리카보네이트 섬유 기재의 분광 분석 센서에서는 아세타미노펜의 결합 구조에 기초한 라만 시프트 신호가 나타나며, 그 피크의 크기는 검출가능하기에 충분히 크고 재현성있는 라만 스펙트럼이 얻어진다. 또한, 도 10b를 참조하면, 금 나노입자가 코팅되지 않은 폴리카보네이트 섬유 기재에서는 신호 검출을 위해 신호 증폭시 라만 시프트 신호와 노이즈가 모두 증폭되어 라만시프트 신호의 검출이 도 10a의 라만 시프트 신호보다 어려우며, 재현성이 없다.
Referring to FIG. 10A, a Raman shift signal based on the bonding structure of acetaminophen appears on a polycarbonate fiber-based spectrometric sensor coated with gold nanoparticles, and the peak size thereof is large enough to be detectable and reproducible Raman spectrum . 10B, in the polycarbonate fiber substrate in which gold nanoparticles are not coated, both the Raman shift signal and the noise are amplified during signal amplification in order to detect a signal, so that the Raman shift signal is more difficult to detect than the Raman shift signal in FIG. 10A , There is no reproducibility.

이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.

Claims (15)

가요성의 복수의 섬유들을 포함하고, 표면으로부터 내부로 기공을 가지면서 3차원 입체를 형성하는 섬유층; 및
상기 기공을 통하여 상기 상기 섬유층의 표면으로부터 내부까지 상기 복수의 섬유들의 표면 상에 형성되고, 도전성 나노입자들 및 상기 도전성 나노입자들을 상기 복수의 섬유들의 표면 상에 고정하는 고분자 바인더를 포함하는 표면 플라즈몬 활성층을 포함하는 분광 분석 센서.
A fibrous layer containing a plurality of flexible fibers, forming a three-dimensional solid body having pores from the surface to the inside thereof; And
And a polymer binder formed on the surface of the plurality of fibers from the surface to the inside of the fiber layer through the pores and fixing the conductive nanoparticles and the conductive nanoparticles on the surface of the plurality of fibers, A spectral analysis sensor comprising an active layer.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 섬유들은 부직포, 직조, 다발 또는 이들의 조합된 구조를 갖는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of fibers have a nonwoven fabric, a woven fabric, a bundle, or a combination thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 도전성 나노입자들은 응집된 구조를 갖는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive nanoparticles have an aggregated structure.
제 1 항에 있어서,
상기 도전성 나노입자들은 구형, 나노 튜브, 나노 컬럼, 나노 로드, 나노 기공, 및 나노 와이어 중 어느 하나 또는 이들이 조합된 형상을 갖는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive nanoparticles have a shape selected from the group consisting of a spherical shape, a nanotube, a nanocolumn, a nanorod, a nanopore, and a nanowire, or a combination thereof.
제 1 항에 있어서,
상기 도전성 나노입자들은 탄소, 흑연, 준금속, 금속, 상기 준금속 또는 준금속의 도전성 산화물, 또는 상기 준금속 또는 금속의 도전성 질화물의 입자들을 포함하거나, 절연성 비드 상에 상기 입자들이 코팅된 코어 쉘 구조의 입자 또는 이들의 조합을 포함하는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the conductive nanoparticles comprise particles of a conductive oxide of carbon, graphite, a metalloid, a metal, a metalloid, a metalloid or metalloid, or a conductive nitride of the metalloid or metal, ≪ / RTI > or a combination thereof.
제 5 항에 있어서,
상기 준금속은, 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge) 및 비소(As) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함하고,
상기 금속은 금속, 전이 금속 또는 전이후 금속으로서, 타이타늄(Ti), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 스탄튬(Sc), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 네오븀(Nb), 몰리브데늄(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 파라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W) 또는 카드뮴(Cd), 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti), 타이타늄(Ti) 또는 이들의 합금을 포함하며,
상기 도전성 산화물은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 알루미늄 도프된 아연 산화물(AZO), 갈륨 인듐 아연 산화물(GIZO), 아연 산화물(ZnO) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 분광 분석 센서.
6. The method of claim 5,
The metalloid includes any one of antimony (Sb), germanium (Ge) and arsenic (As) or an alloy thereof,
The metal may be a metal, a transition metal or a transition metal, and may be at least one selected from the group consisting of Ti, Zn, Al, Sc, Cr, Mn, (Co), Ni, Cu, In, Sn, Y, Zr, Ne, Mo, Ru, Ru, (Pd), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), strontium (Sr), tungsten (W) or cadmium (Cd), tantalum (Ta) Ti), titanium (Ti), or alloys thereof,
Wherein the conductive oxide is selected from the group consisting of indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), aluminum doped zinc oxide (AZO), gallium indium zinc oxide (GIZO), zinc oxide (ZnO) .
제 1 항에 있어서,
상기 표면 플라즈몬 활성층의 두께는 10nm 내지 500nm의 범위 내인 것을 특징으로 하는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the surface plasmon active layer is in the range of 10 nm to 500 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 섬유들은 천연 섬유 및 합성 섬유 중 어느 하나 또는 모두를 포함하는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of fibers comprise either or both of natural fibers and synthetic fibers.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유층의 표면은 상기 복수의 섬유들이 돌출되어 제공된 무정형의 표면 플라즈몬 섬유 돌기들을 포함하는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the surface of the fiber layer comprises amorphous surface plasmon fiber protrusions provided with the plurality of fibers protruding.
제 1 항에 있어서,
상기 섬유층은 상기 복수의 섬유들 사이의 기공을 포함하는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the fiber layer comprises pores between the plurality of fibers.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자 바인더는 양이온성 고분자 또는 음이온성 고분자를 포함하는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the polymeric binder comprises a cationic polymer or an anionic polymer.
제 1 항에 있어서,
상기 표면 플라즈몬 활성층 상에 분석될 타겟 물질과 특이적 결합이 가능한 고정 물질을 더 포함하는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
And a fixing substance capable of specifically binding with a target substance to be analyzed on the surface plasmon active layer.
제 12 항에 있어서,
상기 고정 물질은 저분자 화합물, 항원, 항체, 단백질, 펩타이드, Deoxyribo Nucleic Acid(DNA), Ribo Nucleic Acid(RNA), Peptide Nucleic Acid (PNA), 효소, 효소 기질, 호르몬, 호르몬 수용체, 관능기를 포함하는 합성 시약 중 어느 하나, 이의 모사물, 또는 이들의 조합을 포함하는 분광 분석 센서.
13. The method of claim 12,
The immobilizing material may include a small molecule compound, an antigen, an antibody, a protein, a peptide, Deoxyribonucleic Acid (DNA), Ribonucleic Acid (RNA), Peptide Nucleic Acid (PNA), an enzyme, an enzyme substrate, a hormone, a hormone receptor, A synthetic reagent, a compound thereof, or a combination thereof.
제 12 항에 있어서,
상기 타겟 물질은 아미노산, 펩티드, 폴리펩티드, 단백질, 당단백질, 지단백질, 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 당, 탄수화물, 올리고당, 다당류, 지방산, 지질, 호르몬, 대사물질, 사이토카인, 케모카인, 수용체, 신경 전달 물질, 항원, 알레르겐, 항체, 기질, 대사물질, 보조 인자, 저해제, 약물, 약제, 영양소, 플리온, 독소, 독, 폭약, 살충제, 화학적 교전제, 생물위험제, 박테리아, 바이러스, 방사선 동위원소, 비타민, 헤테로시클 방향족 화합물, 카르시노겐, 뮤타겐, 마약, 암페타민, 바르비투레이트, 환각제, 폐기물 및 오염물 중 어느 하나 이상인 분광 분석 센서.
13. The method of claim 12,
Wherein the target material is selected from the group consisting of amino acids, peptides, polypeptides, proteins, glycoproteins, lipoproteins, nucleosides, nucleotides, oligonucleotides, nucleic acids, sugars, carbohydrates, oligosaccharides, polysaccharides, fatty acids, lipids, hormones, metabolites, cytokines, Receptor, neurotransmitter, antigen, allergen, antibody, substrate, metabolite, cofactor, inhibitor, drug, drug, nutrient, plion, toxin, poison, explosive, insecticide, chemical agonist, biohazard agent, bacteria, virus A radioactive isotope, a vitamin, a heterocyclic aromatic compound, a carcinogen, a mutagen, a drug, an amphetamine, a barbiturate, a hallucinogen, a waste and a pollutant.
제 1 항에 있어서,
상기 분광 분석 센서는 표면 증강 라만 분석(Surface-enhanced Raman Spectroscopy: SERS), 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance: SPR), 국소 표면 플라즈몬 공명(Local Plasmaon Resonance: LSPR), 흡수율 및/또는 형광 모드로 사용되는 분광 분석 센서.
The method according to claim 1,
The spectroscopic analysis sensor can be used for surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS), surface plasmon resonance (SPR), local surface plasmon resonance (LSPR), absorption and / or fluorescence modes Spectral analysis sensor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020105879A1 (en) * 2018-11-23 2020-05-28 이화여자대학교 산학협력단 Ultrafast colorimetric humidity sensor and method for manufacturing same
US11371945B2 (en) 2018-11-23 2022-06-28 EWHA University—Industry Collaboration Foundation Ultrafast colorimetric humidity sensor and method of preparing the same

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112098390B (en) * 2020-09-16 2021-12-14 燕山大学 Surface enhanced Raman scattering substrate and preparation method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060062437A (en) * 2004-12-03 2006-06-12 한국과학기술연구원 Carbon nanotube film and field emission display, flat lamp and sensing film of chemical sensor using it
KR20110048800A (en) * 2009-11-03 2011-05-12 서울대학교산학협력단 Nanostructure sensor and method for fabricating the same
KR20140007111A (en) * 2012-07-06 2014-01-17 서울대학교산학협력단 Metal decorated tio2 nanofiber for dye snesitized solar cell : synergistic effects of light scattering and surface plasmons
KR20140039608A (en) * 2012-09-24 2014-04-02 삼성전자주식회사 3-dimensional nanoplasmonic structure and method of manufacturing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060062437A (en) * 2004-12-03 2006-06-12 한국과학기술연구원 Carbon nanotube film and field emission display, flat lamp and sensing film of chemical sensor using it
KR20110048800A (en) * 2009-11-03 2011-05-12 서울대학교산학협력단 Nanostructure sensor and method for fabricating the same
KR20140007111A (en) * 2012-07-06 2014-01-17 서울대학교산학협력단 Metal decorated tio2 nanofiber for dye snesitized solar cell : synergistic effects of light scattering and surface plasmons
KR20140039608A (en) * 2012-09-24 2014-04-02 삼성전자주식회사 3-dimensional nanoplasmonic structure and method of manufacturing the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105879A1 (en) * 2018-11-23 2020-05-28 이화여자대학교 산학협력단 Ultrafast colorimetric humidity sensor and method for manufacturing same
US11371945B2 (en) 2018-11-23 2022-06-28 EWHA University—Industry Collaboration Foundation Ultrafast colorimetric humidity sensor and method of preparing the same
US11808711B2 (en) 2018-11-23 2023-11-07 EWHA University—Industry Collaboration Foundation Ultrafast colorimetric humidity sensor and method of preparing the same

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