KR20160107464A - Enzyme-based glucose sensor using potentiometric detection and method for preparing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an enzyme-based glucose sensor using potentiometric detection and a method for preparing the same. The glucose sensor comprises: an electrode of which a surface is reformed with a gold-zinc alloy dendrite oxide; a hydrogen ion-sensitive type conductive polymer formed on the oxide; and a glucose degradation enzyme covalently bonded to the conductive polymer. The glucose sensor detects glucose by measuring an electric potential difference based on an enzyme reaction without applying the external voltage.

Description

효소 기반의 전위차법 글루코스 검출용 센서 및 이의 제조방법{ENZYME-BASED GLUCOSE SENSOR USING POTENTIOMETRIC DETECTION AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an enzyme-based potentiometric glucose detection sensor and a method for producing the same,

본 발명은 효소 기반의 전위차법 글루코스 검출용 센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 수소이온을 검출할 수 있는 금속 합금 산화물과 수소이온 감응형 전기 전도성 고분자를 포함하며 검출방법으로 전위차법을 사용하는 효소 기반의 글루코스 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a sensor for detecting an enzyme-based potentiometric glucose and a method for producing the same, and more particularly to a sensor for detecting glucose by a potentiometric glucose Based glucose sensor and a method for producing the same.

센서는 측정대상의 물리량이나 화학량을 선택적으로 포착하여 유용한 신호로 변환 및 출력하는 장치이다. 전기화학적 바이오센서는 효소, 미생물, 면역체 등의 바이오리셉터를 이용하여 환경, 의학, 식품 관련 분야에서 다양한 분석대상을 검출하는 장치로서 사용되고 있으며 특히 의학 분야에서는 글루코스, 콜레스테롤, 아미노산 등과 같은 대상물질에 대한 높은 반응 특이성과 빠른 응답성으로 인해 대상물질을 선택적이고도 신속·정확하게 측정할 수 있는 특징이 있다. A sensor is a device that selectively captures the physical quantity or stoichiometry of a measurement object and converts it into a useful signal. BACKGROUND ART An electrochemical biosensor is used as a device for detecting various analytes in the fields of environment, medicine, and food by using a bioreceptor such as an enzyme, a microorganism, and an immunity. Especially, in the field of medicine, Due to its high reaction specificity and rapid response, it is capable of selectively, rapidly, and accurately measuring the target substance.

혈당 센서는 이러한 전기화학적 바이오센서의 일종으로서 혈액 또는 소변 내의 글루코스의 농도를 측정하는 것으로, 기존의 상용화된 혈당 센서는 대부분 전기화학적 방법(시간대-전류법)을 이용하는 2세대의 바이오 센서이다. A blood glucose sensor is a type of electrochemical biosensor that measures the concentration of glucose in the blood or urine. The conventional commercially available blood glucose sensor is a second-generation biosensor using an electrochemical method (time-current method).

종래 전류법을 이용한 혈당 센서는 고감도, 단당류에 대한 고선택성 및 휴대가 용이한 장점을 가지지만, 글루코스 검출 전위와 비슷한 산화 전위를 가진 아스코르빅 에시드(ascorbic acid), 도파민(dopamine), 아세트아미노펜(acetaminophen) 등과 같은 방해 물질들이 반응을 나타내므로 이로 인한 간섭이 나타나(소위, 방해 효과) 감도가 떨어진다. Conventional blood glucose sensors using the current method have high sensitivity, high selectivity to monosaccharide, and ease of portability. However, it has been found that ascorbic acid, dopamine, acetaminophen having an oxidation potential similar to the glucose detection potential, (such as acetaminophen) reacts, resulting in interference (so-called interference effect) and low sensitivity.

이에 반해, 효소식 전위차법 혈당센서는 글루코스와 효소와의 반응으로 생성된 물질을 검출하는 것으로서 특정 전위를 가해줄 필요가 없기 때문에 위에서 언급한 방해물질들의 간섭을 피할 수 있다. 그러나 전위차법을 이용한 혈당 센서는 전류 측정법을 이용한 혈당센서에 비해 연구가 많이 진행되지 않았다.On the other hand, the enzyme-based potentiometric glucose sensor detects the substance generated by the reaction between glucose and enzyme, and it is not necessary to apply a specific electric potential, so that the above-mentioned interference substances can be avoided. However, the blood sugar sensor using the potentiometric method has not been studied much as compared with the glucose sensor using the current measurement method.

한편, 다양한 나노 구조 (nanowire, nanorod, nanotube, nanoparticle, nanofiber, 등)를 가지는 금속 산화물들은 효소식 또는 비효소식 글루코스 센서에 많이 응용되고 있다. 글루코스 검출을 위한 금속 산화물에 관한 초기 연구는 Cu, Ni, Fe, Pt 및 Au와 같은 보편적인 전극 재료의 이용에 초점을 맞추었다. 그러나, 이러한 재료들은 선택성, 낮은 효율성 및 화학 흡착된 중간 매개물로 인한 금속 전극 표면의 오염성과 같은 근본적인 단점을 초래하였다. On the other hand, metal oxides having various nanostructures (nanowires, nanorods, nanotubes, nanoparticles, nanofibers, etc.) have been widely applied to glucose sensors with no or no effect. Initial studies on metal oxides for glucose detection have focused on the use of universal electrode materials such as Cu, Ni, Fe, Pt and Au. However, these materials have brought about fundamental disadvantages such as selectivity, low efficiency and contamination of metal electrode surfaces due to chemisorbed intermediates.

이에 대한 대안으로 다양한 금속(Au, Cu, Pt, Pd-Pt, Pd-Ag, Cu-Co 등)을 이용한 새로운 구조를 가지는 다가지 트리 형태(덴드라이트 구조)의 단일 및 다중 금속 합금 산화물에 대한 연구가 진행되고 있지만 아직까지 다중 금속 합금 덴드라이트 재료에 대한 연구 및 이를 이용한 실용화 연구는 미비한 실정이다. (Dendrite structure) single and multi-metal alloy oxides with a new structure using various metals (Au, Cu, Pt, Pd-Pt, Pd-Ag, Cu-Co, etc.) Research has been carried out, but research on multi-metal alloy dendritic materials has not yet been conducted, and there is little research into practical use thereof.

또한, 금속 산화 물질 표면의 오염성 및 단당류의 선택성 문제를 해결하기 위해 생체 물질(효소, 단백질, DNA 등)들에 적합한 기능성 전기 전도성 고분자에 대한 연구도 많이 진행되고 있다. 대표적인 예로 폴리피롤과 폴리아닐린을 이용한 화학 및 바이오센서 소자에 대한 연구는 이미 보고되었지만 이들 물질은 우수한 전기 전도성에도 불구하고 공기 중에 쉽게 산화 및 분해가 일어나 안정성이 현저히 떨어진다는 큰 문제점을 가지고 있다. In addition, in order to solve the problem of contamination on the surface of the metal oxide material and selectivity of the monosaccharide, studies on a functional electroconductive polymer suitable for biological materials (enzyme, protein, DNA, etc.) As a representative example, studies on chemical and biosensor devices using polypyrrole and polyaniline have already been reported, but these materials have a serious problem that they are easily oxidized and decomposed in the air in spite of excellent electrical conductivity, resulting in a remarkable decrease in stability.

이에 본 발명자들은 혈액의 글루코스 검출에 있어서 방해 물질들의 영향을 받지 않는 고선택성 및 고감도를 가지는 안정한 혈당 센서를 발명하기 위해 예의 노력한 결과, 덴드라이트 구조를 갖는 다중 금속 합금의 산화물질로 전극 표면을 개질하고, 산화물질의 표면이 오염되는 문제를 해결하고 효소의 금속과의 직접 접촉을 막아 효소의 안정성을 높이기 위해 수소이온 감응형 전기 전도성 고분자를 산화물질과 글루코스 분해효소 사이에 도입한 센서를 제조하였으며, 이 센서에서 합금 덴드라이트 산화물과 고분자가 프로브로서 작용하고 외부 전압의 인가없이 전위차만으로 농도를 측정하므로 방해물질의 영향이 차단되어 센서의 민감도가 현저히 높아졌으며 고분자로 인한 효소의 안정화로 센서의 안정성이 향상되었음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. Therefore, the present inventors have made intensive efforts to invent a stable glucose sensor having high selectivity and high sensitivity which is not influenced by interfering substances in blood glucose detection, and as a result, it has been found that the electrode surface is modified with an oxidizing material of a multi metal alloy having a dendritic structure In order to solve the problem of contamination of the surface of the oxide material and to improve the stability of the enzyme by preventing direct contact with the metal of the enzyme, a sensor having a hydrogen ion sensitive electroconductive polymer introduced between the oxidizing substance and the glucose degrading enzyme was prepared, In this sensor, the alloy dendrite oxide and the polymer act as probes and the concentration is measured only by the potential difference without applying the external voltage. Therefore, the influence of the interfering substance is blocked, the sensitivity of the sensor is remarkably increased, and the stability of the sensor due to the stabilization of the enzyme due to the polymer And the present invention is completed Respectively.

대한민국 공개특허 제10-2014-0006437호Korean Patent Publication No. 10-2014-0006437 대한민국 공개특허 제10-2010-0059577호Korean Patent Publication No. 10-2010-0059577

본 발명의 목적은 외부 전압 인가없이 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 간편하고 고감도를 갖는 글루코스를 검출하는 센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a sensor for detecting glucose having a simple and high sensitivity by measuring a potential difference according to an enzyme reaction without external voltage application.

본 발명의 다른 목적은 효소 기반의 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing an enzyme-based potentiometric glucose detection sensor.

본 발명의 또다른 목적은 외부 전압 인가없이 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 간편하게 글루코스 농도를 측정하는 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method for measuring glucose concentration easily by measuring a potential difference according to an enzyme reaction without external voltage application.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서, 다중 금속 합금 덴드라이트 산화물로 표면이 개질된 전극; 상기 산화물 위에 형성된 수소이온 감응형 전도성 고분자; 및 상기 전도성 고분자에 공유결합을 통해 결합된 글루코스 분해효소를 포함하는 글루코스 검출용 센서로서, 외부 전압 인가없이 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 글루코스를 검출하는 것을 특징으로 하는, 효소 기반의 전위차법 글루코스 검출용 센서를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an electrode comprising: a surface-modified electrode made of a multi-metal alloy dendritic oxide; A hydrogen ion-sensitive conductive polymer formed on the oxide; And a glucose degrading enzyme bound to the conductive polymer through a covalent bond, wherein the glucose is detected by measuring a potential difference according to an enzyme reaction without application of an external voltage, wherein the glucose is detected by an enzyme-based potentiometric glucose A sensor for detection is provided.

본 발명의 상기 센서는 2전극 구조의 센서이며 상기 전극은 작동전극으로서 탄소 기반의 재료를 사용하여 제조할 수 있다. 예컨대, 상기 작동전극의 소재로는 탄소 잉크, 그래파이트, 유리질 탄소(glassy carbon), 그래핀 등이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 기준전극은 실버 전극(Ag/AgCl)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. The sensor of the present invention is a two-electrode sensor and the electrode can be fabricated using a carbon-based material as the working electrode. For example, as the material of the working electrode, carbon ink, graphite, glassy carbon, graphene, or the like may be used, but it is not limited thereto. The reference electrode may be, but is not limited to, a silver electrode (Ag / AgCl).

본 발명의 일 구체예에서, 일회용(disposable)으로 사용하는 센서인 경우 작동전극의 재료로서 탄소 잉크를, 기준전극의 재료로서 실버 잉크를 사용할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a carbon ink can be used as the material of the working electrode and a silver ink can be used as the material of the reference electrode in the case of a disposable sensor.

본 발명에서 상기 작동전극은 다중 금속 합금 덴드라이트 산화물로 전극 표면이 개질될 수 있다. 상기 다중 금속 합금 덴드라이트 산화물에서 용어 "다중 금속"이란 두 가지 이상의 금속으로 이루어지는 것을 말하며, 바람직하게 두 개 또는 세 개의 금속으로 이루어진 합금일 수 있으며, 더욱 바람직하게 구리-코발트 합금 또는 금-아연 합금일 수 있다. In the present invention, the working electrode may be a multi-metal alloy dendritic oxide and the electrode surface may be modified. The term "multimetal" in the multi-metal alloy dendritic oxide refers to an alloy of two or more metals, preferably an alloy of two or three metals, more preferably a copper-cobalt alloy or a gold- Lt; / RTI >

본 발명의 일 구체예에서, 상기 작동전극은 금-아연 합금 덴드라이트 산화물로 표면이 개질된 전극일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the working electrode may be a surface-modified electrode made of gold-zinc alloy dendritic oxide.

본 발명의 금-아연(Au-Zn) 합금 덴드라이트는 덴드라이트 구조를 가짐으로써 다수의 활성부위와 극히 높은 표면적을 지닌 독특한 계층 구조로 인하여 전기화학적 디바이스에서 바람직한 전극으로 적용될 수 있다. The Au-Zn alloy dendrite of the present invention has a dendritic structure, and thus can be applied as a preferable electrode in an electrochemical device due to a unique hierarchical structure having a plurality of active sites and an extremely high surface area.

상기 금-아연 합금 덴드라이트는 Au 및 Zn의 원자적 금속 함량 비율이 70-90:30-10일 수 있다. The gold-zinc alloy dendrite may have an atomic metal content ratio of Au and Zn of 70-90: 30-10.

효소식 전위차법 혈당 검출 원리를 살펴보면, 글루코스와 글루코스 산화 효소의 반응으로 생성된 H+을 검출하는 것으로서 반응 메커니즘은 다음과 같다. Electrolyte Potentiometric Method The principle of blood glucose detection is to detect H + produced by the reaction between glucose and glucose oxidase, and the reaction mechanism is as follows.

Glucose + FAD-GOx → Gluconolactone + FADH2-GOx ------------ (1)Glucose + FAD-GOx → Gluconolactone + FADH 2 -GOx ------------ (1)

FADH2-GOx + O2 → FAD-GOx + H2O2 ----------------------------- (2)FADH 2 -GOx + O 2 - > FAD-GOx + H 2 O 2 ----------------------------- (2)

H2O2 → 2H+ + O2 + 2e- ----------------------------------------- (3)H 2 O 2 - > 2H + + O 2 + 2e - ------------------------------------- - (3)

본 발명에서 상기 금-아연 합금 덴드라이트 산화막은 수소이온을 감지하는 전극으로서 작용하여 글루코스를 검출한다. 글루코스 분해효소가 검체인 혈액 내 글루코스를 산화시켜서 수소이온이 발생하면 금-아연 합금 덴드라이트 산화막이 수소이온의 프로브로서 작용하는데 이는 상기 덴드라이트 산화막의 산소와 수소이온이 반응하는 것을 이용하는 것으로 반응 메커니즘은 다음과 같다. In the present invention, the gold-zinc alloy dendritic oxide film acts as an electrode for sensing hydrogen ions to detect glucose. When hydrogen ions are generated by oxidizing glucose in blood, which is a specimen of glucose degrading enzyme, the gold-zinc alloy dendritic oxide film functions as a probe of hydrogen ion. This is because the reaction of oxygen and hydrogen ion in the dendritic oxide film is used, Is as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명의 센서는 상기 반응에 따른 기준전극과 상기 덴드라이트 산화막 전극의 전위 차이를 측정함으로써 글루코스의 농도를 측정할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 센서는 효소식 전위차법을 이용하므로 외부에서 특정 전위를 가해줄 필요가 없어서 별도의 외부 정전압계 및 전류측정계 없이도 측정이 가능하므로 측정이 간편하고 센서의 제조 또한 간단하다. 더욱 중요하게는 외부에서 특정 전위를 가해줄 필요가 없기 때문에 이들 전위에 반응하는 방해물질들의 간섭을 피할 수 있어서 방해효과를 차단하는 장점을 갖는다. The sensor of the present invention can measure the concentration of glucose by measuring the potential difference between the reference electrode and the dendritic oxide electrode according to the reaction. As described above, since the sensor of the present invention uses the effect potential difference method, it is not necessary to apply a specific potential from the outside, so that it is possible to measure without using an external direct current voltmeter and a current measuring system. More importantly, since there is no need to apply a specific electric potential from the outside, it is possible to avoid the interference of the interfering substances reacting to these electric potentials, thereby blocking the interference effect.

상기 수소이온 감응형 전도성 고분자는 -COOH 또는 -NH2 작용기를 포함하는 전도성 고분자일 수 있으며, 카르복실기를 포함하는 전도성 고분자가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 물리적, 화학적, 기계적 및 전기적인 특성이 우수한 터싸이오펜을 포함하는 전도성 고분자일 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 수소이온 감응형 전도성 고분자는 터싸이오펜 벤조익 에시드(terthiophene benzoic acid, TTBA), 터싸이오펜 카르복실 에시드(terthiophene carboxylic acid, TTCA), 및 디싸이에닐 피롤 벤조익 에시드(dithienyl pirol benzoic acid, DTPBA)로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. The hydrogen ion-sensitive conductive polymer may be a conductive polymer containing -COOH or -NH 2 functional groups, and a conductive polymer containing a carboxyl group is preferable. More preferably, it may be a conductive polymer containing terthiophene having excellent physical, chemical, mechanical and electrical properties. Most preferably, the hydrogen ion-sensitive conductive polymer is selected from the group consisting of terthiophene benzoic acid (TTBA), terthiophene carboxylic acid (TTCA), and dithienopyrrole benzoic acid dithienyl pyrrole benzoic acid, DTPBA).

본 발명에서는 금-아연 합금 덴드라이트 산화막을 수소이온을 감지하는 주된 물질로 사용하고, 여기에 수소이온 감응형 전도성 고분자를 도입하여 덴드라이트 산화막의 수소이온에 대한 감도를 향상시킴과 동시에 금속 산화물 표면의 오염을 방지하고 또한 글루코스 분해 효소를 펩타이드 결합을 통해서 안정하게 고정화시키도록 하였다. In the present invention, a gold-zinc alloy dendritic oxide film is used as a main material for sensing hydrogen ions, and a hydrogen ion-sensitive conductive polymer is introduced therein to improve sensitivity to hydrogen ions of the dendritic oxide film, And also to stabilize the glucose degrading enzyme through peptide bonds.

구체적으로, 카르복실 산을 가지는 수소이온 감응형 전도성 고분자는 수용액에서 -COO- 와 H+로 해리 또는 회합하여 H+의 리셉터로 작용하므로 상기 금-아연 합금 덴드라이트 산화막 위에 수소이온 감응형 고분자를 도입하면 덴드라이트 산화막만 있을 때보다 수소이온 농도에 대한 전위 변화에 대한 감도를 훨씬 더 향상시킬 수 있다. 또한, 통상적으로 당 분해효소가 금속과 직접 접촉하게 되면 효소의 안정성이 떨어지는데, 본 발명에서는 금속과 효소 사이에 상기 전도성 고분자를 배치함으로써 전극 표면을 보호할 뿐만 아니라 효소를 보호하여 효소의 안정성을 높일 수 있다. Specifically, the hydrogen ion-sensitive conductive polymer is in an aqueous solution having a -COO-carboxylic acid-zinc alloy oxide dendrites on the hydrogen ion-sensitive polymer - it dissociates or associated with the H + acts as a receptor of the H + gold The sensitivity to the potential change with respect to the hydrogen ion concentration can be improved much more than when the dendrite oxide film alone is present. In addition, in the present invention, by disposing the conductive polymer between the metal and the enzyme, not only the surface of the electrode is protected, but also the enzyme is protected to enhance the stability of the enzyme. .

본 발명의 일 구체예에서, 상기 전도성 고분자의 카르복실기와 효소의 아민기 사이의 공유결합을 통해 고분자에 효소를 결합시킬 수 있으며 이를 통해 센서에서 효소의 안정성이 향상되므로 고선택성이 유지될 수 있도록 한다. In one embodiment of the present invention, the enzyme can be bound to the polymer through the covalent bond between the carboxyl group of the conductive polymer and the amine group of the enzyme, thereby enhancing the stability of the enzyme in the sensor, thereby maintaining high selectivity .

본 발명에서 상기 글루코스 분해효소는 글루코스 산화효소(glucose oxidase), 글루코스 탈수소화효소(glucose dehydrogenase), 글루코스 헥소키나아제(glucose hexokinase), 글루타믹옥살아세틱트랜스미나아제 및 글루타믹피루빅트랜스미나아제로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. In the present invention, the glucose degrading enzyme is selected from the group consisting of glucose oxidase, glucose dehydrogenase, glucose hexokinase, glutamic acid acecetic transaminase and glutamic pyruvic transaminase Can be selected from the group consisting of.

공지된 바와 같이, 글루코스 산화 반응의 촉매로 작동하기 위해서 글루코스 산화효소는 보조인자인 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드(flavin adenine dinucleotide (FAD))를 필요로 하므로 본 발명에서 글루코스 산화효소는 보조인자가 결합된 당 산화효소(FAD-GOx) 형태로 사용할 수 있다. 글루코스 산화효소에 의한 촉매 반응에서 FAD는 전자 수용체로서 작용한다. 또한, 글루코스 대사에 관여하는 글루코스 탈수소화효소, 글루코스 헥소키나아제, 글루타믹옥살아세틱트랜스미나아제, 글루타믹피루빅트랜스미나아제 등이 글루코스 분해효소로 사용될 수 있다. As known, since glucose oxidase requires a flavin adenine dinucleotide (FAD) to act as a catalyst for the glucose oxidation reaction, the glucose oxidase in the present invention is a sugar oxidized enzyme Enzyme (FAD-GOx) can be used in the form. In the catalytic reaction by glucose oxidase, FAD acts as an electron acceptor. In addition, a glucose dehydrogenase, glucose hexokinase, glutamic acid aceetic transaminase, glutamic pyruvic transaminase and the like, which are involved in glucose metabolism, can be used as a glucose degrading enzyme.

본 발명의 글루코스 검출용 센서는 상기 글루코스 분해효소가 형성된 층 위에 코팅된 나피온 막을 더 포함할 수 있다. The sensor for detecting glucose according to the present invention may further comprise a Nafion membrane coated on the layer on which the glucosease is formed.

상기 나피온 막은 센서 표면을 보호하는 역할을 하는데, 예컨대 pH에 영향을 주는 요소들로부터 표면을 보호하므로 센서의 안정성을 증가시킬 수 있다. 나피온 막으로 보호된 센서는 오랜 기간 보관이 가능한 장점이 있다. The Nafion membrane serves to protect the surface of the sensor, for example, by protecting the surface from elements that affect the pH, thereby increasing the stability of the sensor. Sensors protected by Nafion membrane have the advantage of being able to be stored for a long time.

본 발명은 다른 하나의 양태로서, 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 글루코스를 검출하는 센서를 제조하는 방법으로서, 전압 인가를 통해 금-아연 합금 덴드라이트를 전극 표면에 개질하는 단계; 상기 금-아연 합금 덴드라이트를 알칼리 용액에서 산화물을 형성시키는 단계; 금-아연 합금 덴드라이트 산화물 위에 전위주사를 통해 수소이온(H+) 감응형 전도성 고분자로 개질하는 단계; 상기 전도성 고분자에 공유결합을 통해 글루코스 분해효소를 결합시키는 단계를 포함하는 것인, 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a sensor for detecting glucose by measuring a potential difference according to an enzyme reaction, comprising the steps of: modifying a gold-zinc alloy dendrite on a surface of an electrode through voltage application; Forming the gold-zinc alloy dendrite in an alkali solution to form an oxide; (H + ) -sensitive conductive polymer on the gold-zinc alloy dendritic oxide through dislocation scanning; And binding the glucose polymer to the conductive polymer through a covalent bond. The present invention also provides a method of manufacturing a sensor for detecting potentiometric glucose.

본 발명의 일 구체예로서, 상기 덴드라이트는 -0.2V 내지 -0.7V에서 150 내지 250초 동안 전압을 인가하여 형성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the dendrites can be formed by applying a voltage at -0.2 V to -0.7 V for 150 to 250 seconds.

상기 알칼리 용액은 -OH기를 포함하는 용액이면 제한없이 사용될 수 있으나 바람직하게 NaOH, KOH, NH4OH, LiOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2, Al(OH)3 등이 사용될 수 있다. The alkali solution preferably may be used without limitation, if the solution containing an -OH NaOH, KOH, NH 4 OH , LiOH, Mg (OH) 2, Ca (OH) 2, Ba (OH) 2, Al (OH) 3 may be used.

본 발명의 센서 제조방법에 사용되는 상기 수소이온 감응형 전도성 고분자 및 글루코스 분해효소는 상기 기술한 바와 같으며, 금속 덴드라이트 산화막 위에 TTCA와 DTPBA의 고분자 막 제조 방법은 TTBA와 동일하다. The hydrogen ion-sensitive conductive polymer and the glucose degrading enzyme used in the sensor manufacturing method of the present invention are as described above, and the method of producing the polymer membrane of TTCA and DTPBA on the metal dendrite oxide film is the same as that of TTBA.

본 발명의 센서 제조방법은 고분자로 개질하는 단계 후, 상기 글루코스 분해효소 결합 단계 전에, 고분자로 개질된 전극에 촉매를 처리하여 전도성 고분자의 카르복실기를 활성화시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The sensor manufacturing method of the present invention may further include a step of activating the carboxyl group of the conductive polymer by treating the electrode modified with the polymer with a catalyst before the glucose degrading enzyme binding step after the step of modifying the polymer.

상기 촉매는 펩타이드 결합을 만드는 촉매이면 제한없이 사용할 수 있으며, 가교제로서 사용된다. 바람직하게 EDC(1-Ethyl-3-[3-(dimethylamino)propyl]carbodiimide hydrochloride), NHS(N-hydroxysuccinimide), 및 글루타알데하이드(glutaldehyde)로 이루어진 군에서 하나 이상을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The catalyst can be used without limitation as a catalyst for making a peptide bond, and is used as a crosslinking agent. Preferably, at least one of EDC (1-Ethyl-3- [3- (dimethylamino) propyl] carbodiimide hydrochloride, NHS (N-hydroxysuccinimide), and glutaraldehyde is used. no.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 전도성 고분자에 공유결합을 통해 글루코스 분해효소를 결합시키는 단계는, 상기 카르복실기가 활성화된 전극에 당 산화효소를 반응시켜서 상기 전도성 고분자의 카르복실기와 당 산화효소의 아민기 간의 공유결합을 형성시키는 방식으로 이루어질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of binding the glucose degrading enzyme to the conductive polymer via a covalent bond comprises reacting the carboxyl group-activated electrode with a saccharide oxidizing enzyme to convert the carboxyl group of the conductive polymer and the amine group To form a covalent bond between them.

상기 글루코스 검출용 센서의 제조방법은 상기 글루코스 분해효소가 형성된 층 위에 나피온 막을 코팅시키는 단계를 더 포함할 수 있다. The method for producing a glucose detection sensor may further include the step of coating a Nafion membrane on the glucose-decomposing enzyme-forming layer.

이와 같이 제조된 전위차법 글루코스 검출용 센서를 사용하면 혈액 내 당을 간편하게 검출할 수 있다. By using the thus-prepared potentiometric glucose detection sensor, it is possible to easily detect glucose in the blood.

본 발명은 또다른 하나의 양태로서, 외부 전압의 인가없이 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 글루코스 농도를 측정하는 방법으로서, 상기 효소는 당 산화효소이고, 수소이온의 프로브로서 전극 표면에 개질된 금-아연 합금 덴드라이트 산화물과 수소이온 감응형 전도성 고분자를 사용하는 것을 특징으로 하는 글루코스 농도 측정방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a glucose concentration by measuring a potential difference due to an enzyme reaction without application of an external voltage, wherein the enzyme is a glucose oxidase, - a zinc alloy dendritic oxide and a hydrogen ion-sensitive conductive polymer are used.

상기 글루코스 농도 측정방법을 사용하면 외부 전압을 인가할 필요가 없어서 동일한 전압에 반응하는 방해물질의 영향을 제거할 수 있고 인위적인 산화방식이 아닌 효소 반응을 통한 자연적인 산화방식을 이용하여 전위차를 측정하는 방식이므로 보다 간단하고 정밀한 측정이 가능하다.When the glucose concentration measuring method is used, it is unnecessary to apply an external voltage, so that it is possible to eliminate the influence of an obstructive substance that reacts to the same voltage. The potential difference is measured using a natural oxidation method through an enzyme reaction It is possible to measure more easily and precisely.

발명의 글루코스 검출용 센서는 종래 센서가 채용하는 외부 정전압계 및 전류 측정계가 방해물질에 의한 감도가 저하되는 단점을 극복하기 위해 전위차법을 사용함으로써 외부전압의 인가가 불필요하여 방해물질의 차단효과가 뛰어나고, 수소이온 프로브로서 금-아연 합금 덴드라이트 산화막을 사용하고, 상기 산화막과 당 산화효소 사이에 고분자막을 형성함으로써 효소반응의 안정성을 향상시킬 수 있어서 안정되고 향상된 감도뿐만 아니라 우수한 수명 및 내구성을 모두 확보할 수 있는 효과가 있다.The glucose detection sensor of the present invention uses the potential difference method to overcome the disadvantage that the external constant voltage meter and the current measurement meter employed in the conventional sensor are lowered in sensitivity due to the interfering substance, Zinc alloy dendritic oxide film is used as a hydrogen ion probe and the polymer membrane is formed between the oxide film and the saccharide oxidizing enzyme to improve the stability of the enzyme reaction so that the stable and improved sensitivity as well as excellent lifetime and durability There is an effect that can be secured.

도 1은 전위차법 혈당 센서 제작 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 (A) 전압인가를 통한 Au-Zn 합금 덴드라이트 전착 곡선, (B)순환 전압-전류법을 이용한 pTTBA의 전기화학적 중합 곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 (A) Au-Zn DOx, (B) Au-Zn DOx /pTTBA, (C) Au-Zn DOx /pTTBA/FAD-GOx, 그리고 Au-Zn DOx /pTTBA/FAD-GOx/나피온의 SEM 표면 사진이다.
도 4는 전위차법을 이용하여 글루코스 농도 변화에 대한 검정 곡선을 나타낸 것이다.
도 5는 온도 및 상대 습도의 대한 영향에 대한 그래프를 나타낸 것이다.
도 6은 방해 물질들에 대한 글루코스 검출 감도 그래프를 나타낸 것이다.
도 7은 특정 모사혈(medium)에 글루코스 첨가에 따른 검정 곡선을 나타낸 것이다.
도 8은 실제 혈액의 글루코스 검출을 위한 3가지 농도의 모사혈(low, medium, high)을 이용한 검정 곡선을 나타낸 것이다.
Fig. 1 is a schematic diagram of a potentiometric glucose sensor construction.
2 shows electrochemical polymerization curves of pTTBA by (A) Au-Zn alloy dendrite electrodeposition curve through voltage application and (B) circulating voltage-current method.
FIG. 3 is a graph showing the results of (A) Au - Zn DOx, (B) Au - Zn DOx / pTTBA, (C) Au - Zn DOx / pTTBA / FAD - GOx, and Au - Zn DOx / pTTBA / SEM surface photograph.
FIG. 4 shows a calibration curve for the change in glucose concentration using the potential difference method.
Figure 5 shows a graph of the effect on temperature and relative humidity.
Figure 6 shows a glucose detection sensitivity graph for interferents.
FIG. 7 shows a calibration curve according to the addition of glucose to a specific mammalian medium.
Figure 8 shows calibration curves using three concentrations of low, medium, and high concentrations for glucose detection in real blood.

이하, 시험예 및 실시예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 시험예 및 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the constitution and effects of the present invention will be described in more detail with reference to test examples and examples. However, these test examples and examples are provided for illustrative purposes only in order to facilitate understanding of the present invention, and the scope and scope of the present invention are not limited by the following examples.

[[ 실시예Example 1] 본 발명에 따른 다중 금속 산화물 및 H 1] The multi-metal oxide and H ++ 감응용 전도성 고분자를 이용한  Application of Conductive Polymer 전위차법Potential difference method 혈당 센서의 제조 Manufacture of glucose sensor

도 1에 전위차법 혈당 센서 제작 과정을 나타내었다. 스크린 프린트 카본 전극 위에 금-아연 합금 덴드라이트 형성시키기 위해, 0.1M 소듐 설페이트에 각각 30mM Gold (Ⅲ) Chloride trihydrate와 30mM Zinc chloride를 함께 녹인 후 0.1M 수산화나트륨 용액으로 pH 4.0으로 맞춰서 precursor 용액을 준비한다. 전압 인가를 통해 -0.5V에서 200초(도 2A)동안 가하여 스크린 프린트 카본 전극 위에 금-아연 합금 덴드라이트를 형성시킨 후 에탄올과 3차 증류수를 사용하여 전극 표면을 세척하였다. 금-아연 합금 덴드라이트 산화막의 형성 방법은 선형 전류-전압법을 이용하여 +0.0V에서 +1.5V까지 7회 주사하여 금-아연 합금 덴드라이트 산화막을 형성시킨 후 증류수와 에탄올을 사용하여 표면을 세척하였다. 그리고 H+ 감응용 고분자 단량체인 1mM의 TTBA를 디프로필렌 글리콜 메틸 이더(di(propylene glycol) methyl ether)과 트리프로필렌 글리콜 메틸 이더(tri(propylene glycol) methyl ether) (1:1)의 혼합 용매에 녹인 후 이를 금-아연 합금 덴드라이트 산화물 위에 5μL 떨어뜨리고 40℃에서 건조 후 0.1M 인산염 완충용액(pH 7.4)에서 순환 전류-전압법으로 전기화학적으로 중합시켰다. 주사 전위 범위는 0.0V에서 +1.6V이고, 주사 속도는 100mv/s로 3회 sweep하여 고분자막을 형성시켰다 (도 2B). FIG. 1 shows a process of manufacturing a potentiometric blood glucose sensor. On screen print carbon electrode To form a gold-zinc alloy dendrite, 30 mM Gold (III) chloride trihydrate and 30 mM zinc chloride are dissolved in 0.1 M sodium sulfate, and the solution is adjusted to pH 4.0 with 0.1 M sodium hydroxide solution. Zinc alloy dendrite was formed on the screen print carbon electrode by applying voltage for-200V for 200 seconds (FIG. 2A), and the surface of the electrode was washed with ethanol and tertiary distilled water. The method of forming the gold-zinc alloy dendritic oxide film is a method of forming the gold-zinc alloy dendritic oxide film by the linear current-voltage method and scanning seven times from + 0.0V to + 1.5V, and then using the distilled water and ethanol, And washed. 1 mM TTBA, a H + -sensitive polymer monomer, was dissolved in a mixed solvent of di (propylene glycol) methyl ether and tripropylene glycol methyl ether (1: 1) After dissolving, 5 μL was dropped on the gold-zinc alloy dendritic oxide, dried at 40 ° C., and then electrochemically polymerized in a 0.1 M phosphate buffer solution (pH 7.4) by cyclic current-voltage method. The scanning potential range was 0.0 V to +1.6 V, and the scanning speed was swept three times at 100 mV / s to form a polymer membrane (FIG. 2B).

상기 전위차법 혈당 센서의 전극은 작동전극 및 기준전극으로 구성된 스크린 프린트 전극을 사용했으며, 작동전극은 탄소 잉크를 사용했으며, 기준전극은 실버잉크를 사용하여 제작하였다. The electrodes of the potentiometric blood glucose sensor used a screen print electrode composed of a working electrode and a reference electrode. The working electrode was made of carbon ink, and the reference electrode was made of silver ink.

pTTBA가 형성된 전극을 10.0mM EDC(1-Ethyl-3-[3-(dimethylamino)propyl] carbodiimide hydrochloride) 및 10.0mM NHS(N-hydroxysuccinimide)를 0.1M 인산염 완충용액(pH 7.4)에 녹인 용액에 넣고 30℃에서 6hr 반응시켜 pTTBA의 카르복실 에시드 그룹을 활성화시켰다. pTTBA의 표면에 10μL의 FAD-GOx (6mg/mL) 용액을 떨어뜨려 4℃에서 12hr 반응시켜 pTTBA의 카르복실 에시드 그룹과 FAD-GOx의 아민 그룹을 공유결합으로 형성하였다. 또한 효소 클라스터 형성법을 사용하여 센서 표면에 효소의 흡착 양을 증가시켰다. 효소 클라스터 형성법에 사용될 용액은 FAD-GOx (6mg/mL) 용액에 효소의 침전제로 암모늄 설페이트(ammonium sulfate, 0.55 mg/mL), 효소 (FAD-GOx)들 사이에 가교제로 글루타알데하이드 (glutaldehyde, 0.5%) 넣어서 제조하였다. FAD-GOx까지 변성된 스크린 프린트 카본 전극 표면에 효소 클라스터 용액 10μL를 떨어뜨리고 4℃에서 12hr에서 반응시켰다. FAD-GOx사이의 아민 그룹간의 공유결합을 통해 효소 흡착량을 증가시켰다. 최종적으로 효소 층 위에 1μL의 나피온(1.0 %)을 코팅하여 혈당 센서를 제작하였다.
The electrode on which pTTBA was formed was placed in a solution of 10.0 mM EDC (1-Ethyl-3- [3- (dimethylamino) propyl] carbodiimide hydrochloride) and 10.0 mM NHS (N-hydroxysuccinimide) dissolved in 0.1 M phosphate buffer solution And reacted at 30 DEG C for 6 hours to activate the carboxyl acid group of pTTBA. 10 μL of FAD-GOx (6 mg / mL) solution was added to the surface of pTTBA and reacted at 4 ° C. for 12 hours to form a covalent bond between the carboxyl acid group of pTTBA and the amine group of FAD-GOx. Enzyme adsorption on the surface of the sensor was also increased by the enzyme clustering method. The solution to be used for the enzyme clustering was prepared by adding ammonium sulfate (0.55 mg / mL) and enzyme (FAD-GOx) as a precipitant of the enzyme to a solution of FAD-GOx (6 mg / mL) as glutaraldehyde , 0.5%). Screen-printed transformed to FAD-GOx 10 μL of the enzyme clustering solution was dropped on the surface of the carbon electrode and reacted at 4 ° C. for 12 hours. The amount of enzyme adsorption was increased through covalent bonding between amine groups between FAD-GOx. Finally, 1 μL of Nafion (1.0%) was coated on the enzyme layer to prepare a glucose sensor.

[[ 시험예Test Example 1] 센서의 각 변성 단계의  1] Each of the degeneration stages of the sensor SEMSEM 표면 이미지 Surface image

본 발명에 따른 신규한 전위차법 혈당 센서의 각 변성 단계의 표면 확인하기 위하여 SEM 분석을 실시하였다.SEM analysis was performed to identify the surface of each denaturation step of the novel potentiometric blood glucose sensor according to the present invention.

도 3은 센서의 각 변성단계의 SEM 표면 사진이다. 도 3(A)는 금-아연의 다가지 트리 형태를 가진 금-아연 덴드라이트 구조를 관찰할 수 있었다. 도 3(B)는 금-아연 덴드라이트 위에 순환전압전류법을 이용하여 H+ 감응형 고분자가 전착된 표면 사진으로 금-아연 덴드라이트의 가지 트리 사이에 H+ 감응형 고분자가 형성되어 덴드라이트의 크기 증가 및 공극이 감소함을 확인하였다. 도 3(C)는 H+ 감응형 고분자 위에 FAD-GDH가 고정화 된 표면 사진이다. 도 3(B) 비교해보면 FAD-GDH가 H+ 감응형 고분자에 FAD-GDH가 고정화가 되어서 뚜렷한 덴드라이트 다가지 트리 형태가 관찰되지 않으며 표면이 매우 거친 것을 관찰되었다. 도 3(D)는 0.5% 나피온을 도포한 표면 사진으로 그물 막 형태로 FAD-GDH 층을 덮고 있으며 표면이 도 3(C) 표면 사진보다 부드러운 표면을 형성하고 있다.3 is a SEM surface photograph of each of the degenerating steps of the sensor. FIG. 3 (A) shows a gold-zinc dendritic structure having a multidirectional tree structure of gold-zinc. Figure 3 (B) is a gold-zinc dendrites on the cyclic voltammetry to the surface of the H + sensitive polymer electrodeposition picture using a gold-to H + sensitive polymer between the zinc of the tree of the dendrite is formed dendrite And the porosity was decreased. 3 (C) is a photograph of a surface on which FAD-GDH is immobilized on the H + sensitive polymer. As shown in FIG. 3 (B), FAD-GDH was immobilized on the H + -sensitive polymer, so that no distinct dendritic multibrin type morphology was observed, and the surface was very rough. FIG. 3 (D) is a photograph of a surface of 0.5% Nafion coated with a FAD-GDH layer in the form of a net film, and the surface of the film is softer than the surface of FIG. 3 (C).

상기 결과로부터 본 발명의 전위차법 혈당 센서의 변성 단계에 따른 표면 상태를 확인하였다.
From the above results, the surface state according to the denaturation step of the potentiometric glucose sensor of the present invention was confirmed.

[[ 시험예Test Example 2] 본 발명에 따른  2] According to the present invention 전위차법Potential difference method 혈당 센서의  Blood glucose sensor 글루코스Glucose 농도에 따른 전위 변화에 대한 성능 평가  Performance evaluation of potential change by concentration

상기 실시예 1 에 따라 제조된 혈당 센서에 0.1M 인산염 완충용액(pH 7.4)에 용해시킨 농도 30mg/dL, 100mg/dL, 200mg/dL, 300mg/dL, 400mg/dL, 500mg/dL의 글루코스 용액을 처리하여, 글루코스 농도에 따른 전위 변화를 측정하여 그 결과를 도 4에 나타냈다.The blood glucose sensor prepared in Example 1 was dissolved in a glucose solution of 30 mg / dL, 100 mg / dL, 200 mg / dL, 300 mg / dL, 400 mg / dL and 500 mg / dL dissolved in 0.1 M phosphate buffer And the change in the potential according to the glucose concentration was measured. The results are shown in Fig.

각 농도 구간마다 10 개의 센서를 이용하여 측정하였다. 당 농도 30~500 mg/dL에서 우수한 직선성을 보였다. 이 검량곡선의 상관 관계식은 E (mv) = (1.80±0.485)+(0.15±0.002) [C] (mg/dL)이며 상관 계수는 0.998이다. 당 농도 200mg/dL 구간에서 상대표준편차(Relative standard deviation)는 5.15% (n = 10)로 우수한 재현성을 보였다. 또한, 각 농도 구간의 평균 전위차값 대비 상대 표준 편차 범위는 ±5~13% 이내이다.
10 sensors were used for each concentration interval. Showed excellent linearity at a sugar concentration of 30 to 500 mg / dL. The correlation equation of this calibration curve is E (mv) = (1.80 + 0.485) + (0.15 + 0.002) [C] (mg / dL) and the correlation coefficient is 0.998. Relative standard deviation was 5.15% ( n = 10) at the sugar concentration of 200mg / dL, showing excellent reproducibility. In addition, the relative standard deviation range with respect to the average potential difference value of each concentration interval is within ± 5 to 13%.

[[ 시험예Test Example 3]  3] 글루코스Glucose 측정에 대한 온도 및 상대 습도의  Measurements of temperature and relative humidity 영향성Influence 평가 evaluation

상기 실시예 1에 따라 제조된 혈당센서에 0.1M 인산염 완충용액(pH 7.4)에 용해시킨 농도 200mg/dL의 글루코스 용액을 처리하여, 글루코스 전위 측정에 대한 다양한 온도 (15, 16, 20, 25, 30, 35, 40℃) 와 상대 습도 (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80%)에 대한 영향 그 결과를 도 5에 나타냈다.The glucose sensor prepared according to Example 1 was treated with a glucose solution having a concentration of 200 mg / dL dissolved in 0.1 M phosphate buffer solution (pH 7.4) to measure the glucose potential at various temperatures (15, 16, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80%) and relative humidity (20, 30, 40, 50, 60, 70, 80%

온도 및 상대 습도의 각 구간마다 3개의 혈당 센서로 측정하였다. 도 5(A)에서 20~40℃ 구간에서는 일정한 검출 감도를 보이나 15℃에서 검출 감도는 25℃와 비교했을 때 24% 감소하였다. 이는 20℃ 이하의 온도에서는 효소의 활성도가 떨어져 결과적으로 글루코스 측정 감도가 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 도 5(A)에서 상대 습도 20 ~ 80% 범위에서 일정한 글루코스 검출 감도를 유지하는 것을 확인하였다.
Temperature and relative humidity were measured with three blood glucose sensors at each interval. In FIG. 5 (A), the detection sensitivity was constant at 20 to 40 ° C., but the detection sensitivity at 15 ° C. was reduced by 24% as compared with 25 ° C. This indicates that the activity of the enzyme is lowered at a temperature of 20 ° C or less, and as a result, the glucose sensitivity is lowered. In FIG. 5 (A), it was confirmed that glucose sensitivity was kept constant in the range of 20 to 80% relative humidity.

[[ 시험예Test Example 4]  4] 글루코스Glucose 측정에 대한 방해물질들의  Of interfering substances 영향성Influence 평가 evaluation

도 6은 방해 물질들이 존재할 때 글루코스 검출 감도를 비교한 그래프이다. 이 실험에 사용된 방해 물질들은 아스코르빅 에시드 (AA, 5mg/dL), 도파민 (DA, 5mg/dL), 아세타아미노펜 (AP, 15mg/dL), 4종의 단당류 ((만노스 (10mg/dL), 락토스 (10mg/dL), 자일로스 (10mg/dL), 프락토스 (30mg/dL))이다. Figure 6 is a graph comparing glucose detection sensitivity when interfering substances are present. The inhibitors used in this study were ascorbic acid (AA, 5mg / dL), dopamine (DA, 5mg / dL), acetaminophen (AP, 15mg / dL), four monosaccharides (mannose dL), lactose (10 mg / dL), xylose (10 mg / dL), fructose (30 mg / dL)).

방해 물질에 대한 조사는 0.1M 인산염 완충용액(pH 7.4)에 용해시킨 농도 200mg/dL의 글루코스 용액에 상기의 각각의 방해 물질들을 포함하여 측정하였다. 단당류의 경우, 200mg/dL의 글루코스 용액에 상기의 4 종류의 단당류를 포함하여 측정한 결과 글루코스의 평균 전위차값 대비 1.2% 감소하였다. 도파민과 아세타아미노펜, 아스코르빅 에시드의 경우는 글루코스 검출 감도가 각각 5.2%, 5.5%, 4.8% 감소하는 것을 관찰되었으며 이 방해물질 (단당류, DA, AP, AA)들은 글루코스 측정에 대한 오차 범위 내에 분포함으로 문제가 되지 않는다.
Investigation of the interfering substances was carried out in a glucose solution with a concentration of 200 mg / dL dissolved in 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) containing each of the above inhibitors. In the case of the monosaccharide, 200 mg / dL of the glucose solution containing the above four monosaccharides was measured and found to be 1.2% lower than the average potential difference value of glucose. In the case of dopamine, acetaminophen and ascorbic acid, glucose sensitivity was decreased by 5.2%, 5.5% and 4.8%, respectively. These inhibitors (monosaccharides, DA, AP and AA) It does not become a problem.

[[ 시험예Test Example 5]  5] 모사혈에서의Moth 글루코스Glucose 농도 측정 Concentration measurement

모사혈 (medium)을 생리 식염수 (0.9% NaCl)를 이용하여 hematocrit의 농도를 10 %로 동일하게 희석하고 이에 글루코스를 첨가하여 서로 다른 6 가지의 농도 (29, 119, 159, 250, 348, 434mg/dL)를 가지는 글루코스를 포함하는 모사혈을 제조하였다.The concentration of hematocrit was equally diluted to 10% by using physiological saline (0.9% NaCl), and glucose was added to each of 6 different concentrations (29, 119, 159, 250, 348 and 434 mg / dL) < / RTI > was prepared.

도 7은 전위차법을 이용하여 6 구간의 모사혈의 글루코스 농도 (29, 119, 159, 250, 348, 434 mg/dL)에 대한 검정곡선이다. 각 농도 구간마다 3개의 센서를 이용하여 측정하였다. 모사혈의 글루코스 농도 29 ~ 434 mg/dL구간에서 우수한 직선성을 보였다. 이 검량곡선의 상관 관계식은 E (mV) = (1.178 ± 0.615) + (0.137 ± 0.004) [C] (mg/dL)이며 상관 계수는 0.99이다.
FIG. 7 is a calibration curve for the glucose concentration (29, 119, 159, 250, 348, 434 mg / dL) of six blood samples using the potential difference method. Three sensors were used for each concentration interval. The linearity of the blood glucose concentration was 29 ~ 434 mg / dL. The correlation equation of this calibration curve is E (mV) = (1.178 ± 0.615) + (0.137 ± 0.004) [C] (mg / dL) and the correlation coefficient is 0.99.

[[ 시험예Test Example 6] 실제 혈액에서  6] In real blood 글루코스Glucose 농도 측정 Concentration measurement

도 8은 실제 혈액의 글루코스 검출을 위해 세 가지 다른 글루코즈 농도를 가지는 모사혈 (low, medium, high)를 이용하여 얻은 검정곡선이다. 각 농도 구간마다 3개의 센서를 이용하여 측정하였다. 이 검량고선의 상관 관계식은 E (mV) = (19.45 ± 0.626) + (0.137 ± 0.012) [C] (mg/dL)이다. 위의 상관 관계식을 이용하여 실제 사람의 혈액으로부터 글루코스를 검출하였으며 농도는 99 ± 8.6 이였다. 또한, 상용화된 혈당 센서 (OneTouch Ultra)를 이용하여 측정 결과는 105 ± 1.5이다. 두 가지 센서를 이용하여 실제 혈액의 글루코스 농도의 측정 결과치가 잘 일치하는 것을 확인하였다. 따라서 본 발명을 통해 개발된 센서는 실제 혈액에서 글루코스 검출을 위한 센서로 사용될 수 있다. FIG. 8 is a calibration curve obtained using mouse blood (low, medium, high) having three different glucose concentrations for detecting glucose in actual blood. Three sensors were used for each concentration interval. The correlation equation of this calibration curve is E (mV) = (19.45 + 0.626) + (0.137 + 0.012) [C] (mg / dL). Glucose was detected from the blood of actual human using the above correlation and its concentration was 99 ± 8.6. In addition, the measurement result using a commercially available blood glucose sensor (OneTouch Ultra) is 105 ± 1.5. Using two sensors, it was confirmed that the measurement results of glucose concentration in real blood were in good agreement. Therefore, the sensor developed through the present invention can be used as a sensor for detecting glucose in actual blood.

Claims (14)

금-아연 합금 덴드라이트 산화물로 표면이 개질된 전극;
상기 산화물 위에 형성된 수소이온 감응형 전도성 고분자; 및
상기 전도성 고분자에 공유결합을 통해 결합된 글루코스 분해효소를 포함하는 글루코스 검출용 센서로서,
외부 전압 인가없이 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 글루코스를 검출하는 것을 특징으로 하는, 효소 기반의 전위차법 글루코스 검출용 센서.
An electrode whose surface is modified with a gold-zinc alloy dendritic oxide;
A hydrogen ion-sensitive conductive polymer formed on the oxide; And
And a glucose degrading enzyme bound to the conductive polymer through a covalent bond,
An enzyme-based potentiometric glucose sensor for detecting glucose by measuring a potential difference according to an enzyme reaction without external voltage application.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 작동 전극으로서 탄소 기반의 전극인 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서.The sensor according to claim 1, wherein the electrode is a carbon-based electrode as the working electrode. 제 1 항에 있어서, 상기 수소이온 감응형 전도성 고분자는 터싸이오펜 벤조익 에시드(TTBA), 터싸이오펜 카르복실 에시드(TTCA), 및 디싸이에닐 피롤 벤조익 에시드(DTPBA)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서.The method of claim 1, wherein the hydrogen ion-sensitive conductive polymer is selected from the group consisting of tthiophene benzoic acid (TTBA), tthiophenecarboxylic acid (TTCA), and dithienylpyrrole benzoic acid (DTPBA) And a sensor for detecting a potential difference glucose. 제 1 항에 있어서, 상기 글루코스 분해효소는 글루코스 산화효소(glucose oxidase), 글루코스 탈수소화효소(glucose dehydrogenase), 글루코스 헥소키나아제(glucose hexokinase), 글루타믹옥살아세틱트랜스미나아제 및 글루타믹피루빅트랜스미나아제로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서.The method according to claim 1, wherein the glucose degrading enzyme is selected from the group consisting of glucose oxidase, glucose dehydrogenase, glucose hexokinase, glutamicum acecetic transaminase and glutamic pyruvic trans- Wherein the sensor is selected from the group consisting of glucose, dextrose, fructose, fructose, fructose, and fructose. 제 1 항에 있어서, 상기 글루코스 분해효소 위에 코팅된 나피온 막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서.The sensor for detecting potential difference glucose according to claim 1, further comprising a Nafion membrane coated on the glucose degrading enzyme. 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 글루코스를 검출하는 센서를 제조하는 방법으로서,
전압 인가를 통해 금-아연 합금 덴드라이트를 전극 표면에 개질하는 단계;
상기 금-아연 합금 덴드라이트를 알칼리 용액에서 산화물을 형성시키는 단계;
금-아연 합금 덴드라이트 산화물 위에 전위주사를 통해 수소이온(H+) 감응형 전도성 고분자로 개질하는 단계;
상기 전도성 고분자에 공유결합을 통해 글루코스 분해효소를 결합시키는 단계를 포함하는 것인, 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법.
A method for producing a sensor for detecting glucose by measuring a potential difference according to an enzyme reaction,
Modifying the gold-zinc alloy dendrites on the electrode surface through voltage application;
Forming the gold-zinc alloy dendrite in an alkali solution to form an oxide;
(H + ) -sensitive conductive polymer on the gold-zinc alloy dendritic oxide through dislocation scanning;
And bonding a glucose degrading enzyme to the conductive polymer through a covalent bond.
제 6 항에 있어서, 상기 알칼리 용액은 NaOH, KOH, NH4OH, LiOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2, 및 Al(OH)3로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법.The method of claim 6, wherein the alkali solution is NaOH, KOH, NH 4 OH, LiOH, Mg (OH) 2, Ca (OH) 2, Ba (OH) 2, and Al (OH) is selected from the group consisting of 3 And a sensor for detecting a potential difference glucose. 제 6 항에 있어서, 상기 수소이온 감응형 전도성 고분자는 터싸이오펜 벤조익 에시드 (TTBA), 터싸이오펜 카르복실 에시드 (TTCA), 및 디싸이에닐 피롤 벤조익 에시드 (DTPBA)로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법.The method of claim 6, wherein the hydrogen ion-sensitive conductive polymer is at least one selected from the group consisting of tthiophene benzoic acid (TTBA), tthiophenecarboxylic acid (TTCA), and dithienylpyrrolbenzoic acid (DTPBA) Wherein the method comprises the steps of: 제 6 항에 있어서, 상기 글루코스 분해효소는 글루코스 산화효소(glucose oxidase), 글루코스 탈수소화효소(glucose dehydrogenase), 글루코스 헥소키나아제(glucose hexokinase), 글루타믹옥살아세틱트랜스미나아제 및 글루타믹피루빅트랜스미나아제로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the glucosease is glucose oxidase, glucose dehydrogenase, glucose hexokinase, glutamic acid acecetic transaminase, glutamic pyruvic transgene, Wherein the enzyme is selected from the group consisting of glucose, dextrose, fructose, fructose, fructose, fructose, and minia. 제 6 항에 있어서, 상기 글루코스 분해효소 결합 단계 전에, 고분자로 개질된 전극에 촉매를 처리하여 상기 전도성 고분자의 카르복실기를 활성화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법.The method according to claim 6, further comprising a step of activating the carboxyl group of the conductive polymer by treating the electrode modified with the polymer before the glucose degrading enzyme binding step . 제 10 항에 있어서, 상기 촉매는 펩타이드 결합을 만드는 촉매인 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법.11. The method according to claim 10, wherein the catalyst is a catalyst for making a peptide bond. 제 6 항에 있어서, 상기 글루코스 분해효소 위에 나피온 막을 코팅시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전위차법 글루코스 검출용 센서의 제조방법.[7] The method of claim 6, further comprising coating a Nafion membrane on the glucose degrading enzyme. 제 6 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 전위차법 글루코스 검출용 센서를 사용하여 혈액 내 당을 검출하는 방법.A method for detecting glucose in blood using a potentiometric glucose detecting sensor produced according to any one of claims 6 to 12. 외부 전압의 인가없이 효소 반응에 따른 전위차를 측정함으로써 글루코스 농도를 측정하는 방법으로서,
상기 효소는 당 산화효소이고,
수소이온의 프로브로서 전극 표면에 개질된 금-아연 합금 덴드라이트 산화물과 수소이온 감응형 전도성 고분자를 사용하는 것을 특징으로 하는 글루코스 농도 측정방법.
A method for measuring glucose concentration by measuring a potential difference according to an enzyme reaction without applying an external voltage,
The enzyme is a glucose oxidase,
Zinc alloy dendritic oxide and a hydrogen ion-sensitive conductive polymer modified on the electrode surface are used as probes of hydrogen ions.
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