KR20190076429A - Colorimetric sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비색센서 어레이 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 날숨 속의 질병마커에 해당하는 가스를 검출하는 비색센서의 감도를 향상시킬 수 있는 비색센서 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a color gamut sensor array and a method of manufacturing the color gamut sensor array, and more particularly, to a color gamut sensor array capable of improving the sensitivity of a color gamut sensor that detects a gas corresponding to a disease marker in an exhalation.
날숨을 분석하여 질병을 진단하는 센서 기술은 질병마커에 해당되는 가스를 선택적으로 검출해야 하는 가스센서 기술이 필요하지만, 날숨 가스에는 적어도 수십에서 수백가지의 휘발성유기화합물(VOC)이 혼재되어 있어서 날숨내 특정 질병마커 가스만을 검출할 수 있는 가스센서 기술은 매우 제한적이었다. In the sensor technology for diagnosing disease by analyzing the exhalation, a gas sensor technology is required to selectively detect the gas corresponding to the disease marker. However, at least several tens to several hundreds of volatile organic compounds (VOCs) Gas sensor technology that can detect only specific disease marker gases has been very limited.
여러 성분이 혼합되어 있는 날숨에서 특정 가스를 정확하게 분석할 수 있는 기술은 GC/MS를 이용하는 기술이 유일하다. 혼합가스를 가스크로마토그래피(GC) 기술로 분리한 후 질량분석기로 특성 가스 성분의 유무와 양적 차이를 알아낼 수 있으나, 분석 장비가 대형이며 매우 고가이고 가스를 GC/MS로 분석하려면 분석화학 전문 인력이 정확한 분석 절차를 거쳐 성분 분석을 하게 되므로 장시간의 분석 시간이 필요하게 되어 간편하게 환자가 날숨을 분석하여 질병진단에 활용하는데는 적합하지 않다. 따라서 GC/MS를 이용한 분석 기술은 환자의 날숨과 정상인의 날숨을 정확히 분석하여 날숨 성분중 어느 가스가 질병과 관계된 마커인지를 밝혀내는 연구 용도로만 제한적으로 사용되고 있다.GC / MS is the only technology capable of accurately analyzing a specific gas from a mixture of various components. It is possible to find out the presence or absence of the characteristic gas component by the mass spectrometer after separating the mixed gas by the gas chromatography (GC) technique. However, in order to analyze the gas by the GC / MS, Since the analysis is performed through the accurate analysis procedure, it takes a long time to analyze and it is not suitable for analyzing the patient's exhalation and utilizing it for diagnosis of disease. Therefore, the analytical technique using GC / MS is limitedly used only for the research purpose of accurately analyzing the exhalation of the patient and the exhalation of the normal person and determining which gas of the exhalation component is a marker related to the disease.
이외 반도체 방식의 가스센서나 전기화학식 가스센서, 광학식 가스센서 등 기존의 가스센서들은 특정 성분만 존재하는 환경에서는 ppb 레벨까지 측정이 가능한 센서들이 개발되고 있지만 여러 성분이 혼재된 날숨 가스 상황에서 마커 성분만을 검출하는데는 선택성(selectivity)이 너무 낮아서 질병진단에 사용하는 것이 거의 불가능하다.Conventional gas sensors such as semiconductor type gas sensors, electrochemical type gas sensors and optical type gas sensors have been developed to be able to measure up to the ppb level in the presence of a specific component. However, The selectivity is too low to be used for disease diagnosis.
종래 기술로서, 대한민국 공개특허 제2007-0011392호는 비색센서에 관한 것으로, 반사층, 상기 반사층 위의 검출층, 및 상기 검출층 위에 존재하고 검출층과 다른 굴절율을 갖는 반반사층을 포함하는 다층 필름 센서를 개시하고 있다. 또한, 최근에는 비색센서 어레이를 이용하여 날숨내 마커 가스를 매우 특이적으로 검출하는 기술이 개발되었다. 6x6개의 비색센서 어레이를 구성하여 패턴 인식 방식으로 마커에 해당하는 특성 가스 성분을 정확히 검출할 수 있는 가장 실현 가능성이 있는 기술로 평가된다. 하지만 비색센서 제조를 종이 또는 필름 형태의 기판에 제작하고 가스의 단순 노출에 의한 색변화를 이용하므로 감도를 높이는 데는 한계가 있었다. Korean Patent Publication No. 2007-0011392 discloses a colorimetric sensor comprising a reflective layer, a detection layer on the reflective layer, and a multi-layer film sensor that is on the detection layer and includes a reflective layer having a refractive index different from that of the detection layer. . In recent years, a technique has been developed for highly specifically detecting marker gas in exhalation using a color sensor array. It is evaluated as the most feasible technology that can detect the characteristic gas component corresponding to the marker by pattern recognition method by constructing 6x6 color sensor array. However, there are limitations in increasing the sensitivity because the colorimetric sensor is manufactured on a paper or film substrate and the color change due to the simple exposure of the gas is utilized.
따라서 본 발명의 목적은 날숨 속의 질병마커에 해당하는 가스를 검출하는 비색센서의 감도를 향상시킬 수 있는 비색센서 어레이 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a color sensor array capable of improving the sensitivity of a colorimetric sensor for detecting a gas corresponding to a disease marker in exhalation, and a method of manufacturing the colorimetric sensor array.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비색센서 어레이는,하나 이상의 홀이 형성된 기판; 상기 홀에 젤화된 고분자 물질; 및 상기 젤화된 고분자 물질 내부에 분산되어 고정화된 염료 시약;을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a color sensor array including: a substrate having at least one hole formed therein; A polymer material gelled in the hole; And a dye reagent dispersed and immobilized within the gelled polymer material.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이에 있어서, 상기 기판의 홀이 6×6 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.In the colorimetric sensor array according to the present invention, holes of the substrate are formed in a 6x6 shape.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이에 있어서, 상기 고분자 물질은 다공성 매트릭스 구조인 것을 특징으로 한다.Further, in the colorimetric sensor array according to the present invention, the polymer material is a porous matrix structure.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이에 있어서, 상기 다공성 매트릭스는 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜, 천연 고분자또는 하이드로젤로 제조된 것인 것을 특징으로 한다.Further, in the colorimetric sensor array according to the present invention, the porous matrix may be made of polyacrylamide, polyethylene glycol, a natural polymer, or a hydrogel.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이에 있어서, 상기 기판의 하부에 UV 블로킹 필름이 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, in the colorimetric sensor array according to the present invention, a UV blocking film is formed under the substrate.
한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비색센서 어레이의 제조방법은, 하나 이상의 홀이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 홀에 고분자 물질을 채우는 단계; 및 상기 고분자 물질을 노광하여 젤화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a color sensor array, including: preparing a substrate on which at least one hole is formed; Filling the hole with a polymer material; And exposing the polymer material to gelation.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 기판의 홀이 6×6 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.Further, in the method of manufacturing a color sensor array according to the present invention, holes of the substrate are formed in a 6x6 shape.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 고분자 물질은 다공성 매트릭스 구조인 것을 특징으로 한다.Further, in the method of manufacturing a color sensor array according to the present invention, the polymer material is a porous matrix structure.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 다공성 매트릭스는 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜, 천연 고분자또는 하이드로젤로 제조된 것인 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a color sensor array according to the present invention, the porous matrix is made of polyacrylamide, polyethylene glycol, natural polymer, or hydrogel.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 노광은 UV(Ultra Violet)으로 조사하는 것을 특징으로 한다.Further, in the method of manufacturing a color sensor array according to the present invention, the exposure is performed by UV (Ultra Violet).
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 젤화시키는 단계 전 또는 후에, 각각의 홀에 염료 시약을 주입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a color sensor array according to the present invention, the method may further include injecting a dye reagent into each hole before or after the gelation step.
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 기판의 하부에 UV 블로킹 필름이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of manufacturing a color sensor array according to the present invention, a UV blocking film is formed under the substrate.
본 발명에 따르면, 비색센서 어레이의 다공성 매트릭스를 통해 타겟 가스가 통과하므로 타겟 가스와 염료 시약 간 반응 시간이 증대되어 비색센서의 감도를 향상시킬 수 있다.According to the present invention, since the target gas passes through the porous matrix of the colorless sensor array, the reaction time between the target gas and the dye reagent is increased to improve the sensitivity of the color sensor.
또한, 동일한 센서 기판 단면적에 더 많은 염료 시약의 함유가 가능하여 비색센서의 감도를 향상시킬 수 있다.In addition, more dye reagent can be contained in the same cross-sectional area of the sensor substrate, thereby improving the sensitivity of the colorimetric sensor.
또한, 기판의 두께를 조절하여 센서의 두께 조절이 용이하고, 하이드로젤은 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 농도, 자외선에 의한 경화시간을 제어하여 다공성 조절이 용이하므로 비색센서의 감도를 용도에 맞게 용이하게 조절할 수 있다.In addition, it is easy to control the thickness of the sensor by adjusting the thickness of the substrate. The hydrogel can easily control the porosity by controlling the concentration of polyethylene glycol (PEG) and curing time by ultraviolet rays, Can be adjusted.
도 1은 종래의 비색센서 어레이 방식의 가스센서 측정 방식을 나타내는 모식도이다.
도 2는 6x6 어레이(array)를 만들 수 있는 실린더형 홀이 있는 비색센서 제작을 위한 기판 구조를 나타낸다.
도 3은 6x6 센서 어레이를 제조하는 순서를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a gas sensor measurement method of a conventional colorimetric sensor array system.
2 shows a substrate structure for fabricating a colorimetric sensor with a cylindrical hole in which a 6x6 array can be made.
3 is a schematic diagram showing a procedure for manufacturing a 6x6 sensor array.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals are used to designate identical or similar elements, and redundant description thereof will be omitted. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be blurred. 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. , ≪ / RTI > equivalents, and alternatives.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
도 1은 종래의 비색센서 어레이 방식의 가스센서 측정 방식을 나타내는 모식도이고, 도 2는 6x6 어레이(array)를 만들 수 있는 실린더형 홀이 있는 비색센서 제작을 위한 기판 구조를 나타낸다.FIG. 1 is a schematic diagram showing a gas sensor measurement method of a conventional colorimetric sensor array system, and FIG. 2 shows a substrate structure for manufacturing a colorimetric sensor having a cylindrical hole capable of forming a 6 × 6 array.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비색센서 어레이는 날숨 속의 질병마커가스를 검출하는 비색센서의 감도를 향상시킬 수 있는 비색센서 어레이로서, 하나 이상의 홀이 형성된 기판, 상기 홀에 젤화된 고분자 물질 및 상기 젤화된 고분자 물질 내부에 분산되어 고정화된 염료 시약을 포함한다.2, a color gamut sensor array according to an embodiment of the present invention is a color gamut sensor array capable of improving the sensitivity of a color gamut sensor for detecting disease marker gas in an exhalation. The color gamut sensor array includes a substrate on which at least one hole is formed, And a dye reagent dispersed and immobilized in the gelled polymer material.
종래의 비색센서 어레이를 이용한 가스센서는 도 1에서 보여주는 바와 같이 폐쇄된 가스 체임버에 종이와 같은 멤브레인 기판 상에 제작된 비색센서 어레이를 넣고 검출 가스에 노출되기 전후의 색 변화를 스캐너 등으로 읽어서 각 센서 스폿(spot) 별 색변화를 분석하여 분석하려는 가스의 성분을 정확히 알아내는 방법이 일반적이었다. 이러한 방법은 비색센서 어레이를 이용한다는 점에서 가스분자와 다양한 분자-분자 상호작용을 이용할 수 있다는 장점으로 선택성이 매우 높은 가스성분을 알아내는 방법이지만 검출한계를 높이는데는 한계가 있었다. 1, a colorimetric sensor array fabricated on a membrane substrate such as paper is placed in a closed gas chamber, and the color change before and after exposure to the detection gas is read by a scanner or the like, It was common to analyze the color change by sensor spot to find the exact gas composition to be analyzed. This method uses a colorimetric sensor array to detect gas components with a high selectivity due to its ability to utilize various molecular-molecule interactions with gas molecules, but has limitations in increasing the detection limit.
본 발명은 검출감도를 더욱 높일 수 있는 방법으로 비색센서 어레이를 사용하되 6x6개의 비색센서 어레이를 홀이 있는 기판으로 제작한다. 기판의 두께 조절로 센서의 두께를 조절할 수 있으며, 홀을 통해 타겟 가스를 지나가게 하여 감도를 더욱 향상 시킬 수 있으며 홀에 채워진 고분자 매트릭스를 이용하여 타겟 가스와 염료센서간 반응시간을 늘리는 등의 제어가 가능하므로 포집을 통한 감도 향상이 가능하며, 동일 단면적상에 더 많은 센서 물질을 함유하게 할 수 있으므로 감도 향상을 기대할 수 있다. The present invention uses a color sensor array as a method for further increasing detection sensitivity, but a 6x6 color sensor array is fabricated as a substrate with a hole. The thickness of the sensor can be adjusted by adjusting the thickness of the substrate. The sensitivity of the target gas can be further improved by passing the target gas through the hole. The control of controlling the reaction time between the target gas and the dye sensor by using the polymer matrix filled in the hole It is possible to improve the sensitivity through the trapping, and it is possible to contain more sensor material on the same cross-sectional area, so that the sensitivity can be expected to be improved.
기판은 가요성이거나 비가요성 재질로서, 바람직하게는 내부에 홀이 형성될 수 있고, 검은색, 흰색 또는 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 일 예로 폴리프로필렌(PP), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 기판이 사용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 내부에 홀이 형성될 수 있는 기판으로 비색센서 소재 제작시 사용되는 용매에 녹지 않는 재질로 이루어진 어느 것이든 사용될 수 있다. The substrate may be a flexible or non-flexible material, preferably a hole formed therein, and may be made of black, white or transparent material. For example, polypropylene (PP), polycarbonate (PC), and polyethylene terephthalate (PET) substrates may be used, but the present invention is not limited thereto. Therefore, any substrate made of a material that is insoluble in a solvent used in manufacturing a colorimetric sensor material can be used as a substrate on which a hole can be formed.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 기판의 홀은 6×6 형태로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the holes of the substrate may be formed in a 6x6 form.
이때, 기판은 무기계 자외선 차단제 또는 유기계 자외선 차단제를 포함할 수 있다. 기판 자체가 자외선(UV) 차단제를 포함하므로 별도의 UV 블로킹 필름을 형성할 필요가 없다는 장점이 있다. 여기서, 무기계 자외선차단제는 자외선의 흡수 또는 산란을 통하여 자외선을 차단하는 것으로 이산화티탄(TiO2) 또는 산화아연(ZnO)이 단독 또는 혼합형태로 사용되며, 이외에도 산화망간(MnO), 이산화지르코늄(ZrO2), 이산화세륨(CeO2) 등이 사용될 수 있다. 유기계 자외선차단제는 바람직한 일례로는 p-아미노벤조산(p-aminobenzoic acid)유도체, 벤질리데네캠포(benzylidenecamphor)유도체, 시남산(cimmamic acid)유도체, 벤조페논(benzophenone)유도체 및 벤조트리아졸(benzotriazole)유도체로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 사용이 바람직하다.At this time, the substrate may contain an inorganic ultraviolet screening agent or an organic ultraviolet screening agent. There is an advantage that it is not necessary to form a separate UV blocking film since the substrate itself contains an ultraviolet (UV) blocking agent. The inorganic ultraviolet blocking agent is used to block ultraviolet rays through absorption or scattering of ultraviolet rays, and titanium dioxide (TiO2) or zinc oxide (ZnO) is used alone or in combination. In addition, manganese oxide (MnO), zirconium dioxide (ZrO2) , Cerium dioxide (CeO2), and the like. Preferable examples of the organic UV blocking agent include p-aminobenzoic acid derivatives, benzylidenecamphor derivatives, cimmamic acid derivatives, benzophenone derivatives and benzotriazole derivatives. And derivatives thereof are preferably used.
본 발명에 따른 고분자 물질은 다공성 매트릭스 구조를 형성할 수 있는 것이 바람직하고, 일 예로 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜, 천연 고분자 또는 하이드로젤이 사용될 수 있다. 상기 고분자 물질에 UV를 노광하면 기판에 포함된 자외선 차단제에 의하여 홀에만 UV가 조사될 수 있고, 이로 인해 홀 내부에서만 젤이 형성된다.The polymeric material according to the present invention is preferably capable of forming a porous matrix structure. For example, polyacrylamide, polyethylene glycol, natural polymer, or hydrogel may be used. When the polymer material is exposed to UV light, only ultraviolet light can be irradiated to the holes by the ultraviolet blocking agent contained in the substrate, thereby forming a gel only in the hole.
한편, 상기 기판에 자외선 차단제가 존재하지 않은 경우 상기 기판의 하부에는 별도의 UV 블로킹 필름이 형성될 수 있다. 홀의 경우 UV 블로킹 필름이 존재하지 않으므로 홀을 통해 UV가 투과되는 반면 홀 이외의 배경부분은 UV가 통과할 수 없으므로, 홀 내부에만 젤이 형성될 수 있다. On the other hand, if no ultraviolet ray blocking agent is present on the substrate, a separate UV blocking film may be formed on the bottom of the substrate. In the case of a hole, since the UV blocking film is not present, the UV is transmitted through the hole while the background portion other than the hole can not pass the UV, so that the gel can be formed only in the hole.
염료 시약은 상기 젤화시키는 단계 전에 각각의 홀에 주입하여 상기 젤화된 고분자 물질 내부에 분산되어 고정화될 수도 있고, 젤화시키는 단계 후에 주입하여 사용할 수도 있다.The dye reagent may be injected into each hole before the gelation step, dispersed and immobilized within the gelated polymer material, or injected after gelation.
도 3은 6x6 센서 어레이를 제조하는 순서를 나타내는 모식도이다.3 is a schematic diagram showing a procedure for manufacturing a 6x6 sensor array.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비색센서 어레이의 제조방법은, 하나 이상의 홀이 형성된 기판을 준비하는 단계(S10); 상기 홀에 고분자 물질을 채우는 단계(S20); 및 상기 고분자 물질을 노광하여 젤화시키는 단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 3, a method of manufacturing a color sensor array according to an embodiment of the present invention includes: preparing a substrate having at least one hole formed therein (S10); Filling the hole with a polymer material (S20); And a step (S30) of exposing the polymer material to gelation.
우선, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법은 S10 단계에서 하나 이상의 홀이 형성된 기판을 준비한다. 여기서, 상기 기판의 홀은 6×6 형태로 형성될 수 있다.First, a method of manufacturing a colorimetric sensor array according to the present invention prepares a substrate on which at least one hole is formed in step S10. Here, the hole of the substrate may be formed in a 6x6 form.
다음으로, S20 단계에서 상기 홀에 고분자 물질을 채운다. 이때, 상기 고분자 물질은 다공성 매트릭스 구조인 것을 특징으로 한다. 상기 다공성 매트릭스는 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜, 천연 고분자 또는 하이드로젤 중 어느 하나 일 수 있다.Next, in step S20, the hole is filled with a polymer material. In this case, the polymer material is a porous matrix structure. The porous matrix may be any one of polyacrylamide, polyethylene glycol, natural polymer, and hydrogel.
그리고, S30 단계에서 상기 고분자 물질을 노광하여 젤화시킨다. 바람직하게는, 상기 노광은 UV(Ultra Violet)로 조사하는 것을 특징으로 한다.In step S30, the polymer material is exposed to light to form a gel. Preferably, the exposure is performed by UV (Ultra Violet).
또한, 본 발명에 따른 비색센서 어레이의 제조방법에 있어서, 상기 젤화시키는 단계 전 또는 후에, 각각의 홀에 염료 시약을 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, in the method of manufacturing a color sensor array according to the present invention, it may further include injecting a dye reagent into each hole before or after the gelation step.
도 2 및 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 6x6 형태의 염료센서 어레이를 만드는 방법은 도 2와 같이 실린더형 홀이 있는 구조에 용액 상태의 하이드로젤과 같은 폴리머 매트릭스를 채우고 UV를 노광하여 젤화시킨다. 젤은 다공성 매트릭스 물질로 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜이나 천연 고분자가 있으며, 기계적 물성이 강하고 다루기 쉬운 PEG 하이드로젤이 보다 바람직하다. 비색센서에 활용될 염료시약은 폴리머 매트릭스에 젤화를 통해 고정화시킬 수 있으며, 젤화된 매트릭스 상에 염료시약을 넣어주어 센서 어레이를 만드는 것도 가능하다. 하이드로젤은 PEG의 농도, 자외선에 의한 경화시간을 조절하여 다공성을 조절할 수 있으며 센서 기판의 높이를 조절함으로써 비색센서의 감도를 향상시키는 조절도 가능하다. 2 and 3, a method of fabricating a 6x6 type dye sensor array includes filling a polymer matrix, such as a hydrogel in a solution state, with a structure having a cylindrical hole as shown in FIG. 2, Gelled. The gel is a porous matrix material containing polyacrylamide, polyethylene glycol or a natural polymer, and more preferably a PEG hydrogel having a strong mechanical property and easy handling. The dye reagent to be used in the colorimetric sensor can be immobilized to the polymer matrix through gelation, and the sensor array can be formed by adding a dye reagent on the gelated matrix. The hydrogel can control the porosity by adjusting the concentration of PEG and the curing time by ultraviolet ray. It is also possible to control the sensitivity of the color sensor by adjusting the height of the sensor substrate.
도 3은 홀을 구비한 실린더형 어레이 기판을 이용한 다공성젤 어레이 제조 방법에 대한 실시예로서, UV를 조사하여 다공성 폴리머 매트릭스를 홀 안에 형성시킨 후 염료 시약(dye)을 개별적으로 주입하여 제조하는 방법을 보여준다. FIG. 3 shows an embodiment of a method for manufacturing a porous gel array using a cylindrical array substrate having holes, which comprises forming a porous polymer matrix in a hole by irradiating UV light, and then injecting dye reagents separately Lt; / RTI >
본 발명은 필요에 따라 고분자 물질을 젤화시키는 단계 전 또는 후에 각각의 홀에 염료 시약을 주입할 수 있다. 즉, 고분자 물질을 젤화시키는 단계 이전에, 고분자 매트릭스 내에 염료센서가 화학적으로 혹은 물리적으로 결합하여 고정되게 되며 고분자 매트릭스는 UV 조사에 의해 폴리머가 되어 용액상태에서 젤상태로 형성된다. 다공성 구조물을 통해 가스 분자가 지나가게 되면, 이때 염료센서와 반응하여 색변화를 일으키게 된다. In the present invention, the dye reagent can be injected into each hole before or after the step of gelating the polymer material, if necessary. That is, before the step of gelating the polymer material, the dye sensor is chemically or physically bonded and fixed in the polymer matrix, and the polymer matrix becomes a polymer by UV irradiation and is formed into a gel state in a solution state. When the gas molecules pass through the porous structure, they react with the dye sensor to cause color change.
색변화 센서는 산/염기 인디케이터(indicator), 메탈로포피린(metallophophyrin), VOC/극성 인디케이터(indicator) 등을 6x6개의 센서 어레이로 제작하는 것이 바람직하다. 고분자 매트릭스의 다공성 밀집도는 젤의 경화도를 조절하여 가스분자가 센서 매질과 지나가는 시간을 조절하는 변수로 활용될 수 있으며, 포집효율과 분석 감도를 제어하기 위해 젤의 다공성 정도를 UV 조사시간과 PEG의 분자량 및 혼합 비율을 조절하여 제어하는 것이 가능하다. The color change sensor preferably includes an acid / base indicator, a metallophophyrin, a VOC / polarity indicator, and the like in a 6x6 sensor array. The porosity density of the polymer matrix can be used as a parameter to control the passage time of the gas molecules to the sensor medium by controlling the degree of curing of the gel. To control the collection efficiency and the sensitivity of the assay, It is possible to control by controlling the molecular weight and the mixing ratio.
이와 같은 본 실시예에 따른 비색센서 어레이의 색변화는 이미지를 측정하는 센서에 의해 가스 노출 전후의 색변화를 비교 분석하여 비색센서 어레이의 패턴 분석으로 날숨 내 특정 성분의 가스가 존재하는지 분석하게 된다. 전후의 색변화는 색을 나타내는 RGB(red, green, blue)의 색성분 변화를 비교할 수 있으며 이를 분석하여 가스와 반응한 정도의 정성과 정량 분석을 하게 된다. 이때, 본 발명에 따른 홀 어레이의 색변화를 읽기 용이하도록 기판의 색은 상기 홀 어레이 색과 대비되는 배경색으로 구성하는 것이 바람직하다.The color change of the color gamut sensor array according to this embodiment is analyzed by comparing the color change before and after the gas exposure by the sensor for measuring the image, and the pattern analysis of the color gamut sensor array analyzes whether there is gas of a specific component in the exhalation . Before and after the color change, we can compare the color component changes of RGB (red, green, blue) which are color, and we analyze and analyze qualitatively and quantitatively the degree of reaction with gas. At this time, it is preferable that the color of the substrate be a background color which is in contrast to the color of the hole array, so that the color change of the hole array according to the present invention can be easily read.
본 발명에 따르면, 날숨을 분석하여 질병관련 마커 가스 성분을 정확히 검출할 수 있는 호기가스 분석 시스템 기술을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 6x6 홀(hole)로 이루어진 비색센서 어레이 기판 제조 기술을 이용하면, 분석용 가스의 가스센서 홀을 관통하는 구조를 통하여 가스 포집을 통한 검출 감도가 향상될 수 있다. 특히, 비색센서 어레이의 다공성 매트릭스를 통해 타겟 가스가 통과하므로 타겟 가스와 염료 시약 간 반응 시간이 증대되어 비색센서의 감도를 향상시킬 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide an exhalation gas analysis system technology capable of accurately detecting a disease-related marker gas component by analyzing expiration. That is, using the technique of manufacturing a color sensor array substrate having 6 × 6 holes according to the present invention, detection sensitivity through gas collection can be improved through the structure penetrating the gas sensor hole of the analysis gas. In particular, since the target gas passes through the porous matrix of the colorimetric sensor array, the reaction time between the target gas and the dye reagent is increased to improve the sensitivity of the colorimetric sensor.
또한, 동일한 센서 기판 단면적에 더 많은 염료 시약의 함유가 가능하여 비색센서의 감도를 향상시킬 수 있으므로, 선택비가 높은 가스센서 어레이를 제공할 수 있다. 또한, 기판의 두께를 조절하여 센서의 두께 조절이 용이하고, 하이드로젤은 폴리에틸렌글리콜(PEG)의 농도, 자외선에 의한 경화시간을 제어하여 다공성 조절이 용이하므로 비색센서의 감도를 용도에 맞게 용이하게 조절할 수 있다.Further, since more dye reagent can be contained in the same cross-sectional area of the sensor substrate, the sensitivity of the colorimetric sensor can be improved, and thus a gas sensor array having a high selection ratio can be provided. In addition, it is easy to control the thickness of the sensor by adjusting the thickness of the substrate. The hydrogel can easily control the porosity by controlling the concentration of polyethylene glycol (PEG) and curing time by ultraviolet rays, Can be adjusted.
한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.On the contrary, the foregoing detailed description is to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be determined by rational interpretation of the appended claims, and all changes within the scope of equivalents of the present invention are included in the scope of the present invention.
Claims (12)
상기 홀에 젤화된 고분자 물질; 및
상기 젤화된 고분자 물질 내부에 분산되어 고정화된 염료 시약;을 포함하는 비색센서 어레이.
A substrate on which at least one hole is formed;
A polymer material gelled in the hole; And
And a dye reagent dispersed and immobilized within the gelated polymer material.
상기 기판의 홀이 6×6 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이.
The method according to claim 1,
Wherein a hole of the substrate is formed in a 6x6 shape.
상기 고분자 물질은 다공성 매트릭스 구조인 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer material is a porous matrix structure.
상기 다공성 매트릭스는 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜, 천연 고분자또는 하이드로젤로 제조된 것인 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이.
The method of claim 3,
Wherein the porous matrix is made of polyacrylamide, polyethylene glycol, natural polymers or hydrogels.
상기 기판의 하부에 UV 블로킹 필름이 형성되는 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이.
The method according to claim 1,
And a UV blocking film is formed on a lower portion of the substrate.
상기 홀에 고분자 물질을 채우는 단계; 및
상기 고분자 물질을 노광하여 젤화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이의 제조방법.
Preparing a substrate on which at least one hole is formed;
Filling the hole with a polymer material; And
And exposing the polymeric material to gelation. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
상기 기판의 홀이 6×6 형태로 형성된 것을 특징으로 비색센서 어레이의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein holes of the substrate are formed in a 6x6 shape.
상기 고분자 물질은 다공성 매트릭스 구조인 것을 특징으로 비색센서 어레이의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the polymer material is a porous matrix structure.
상기 다공성 매트릭스는 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜, 천연 고분자또는 하이드로젤로 제조된 것인 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the porous matrix is made of polyacrylamide, polyethylene glycol, natural polymers or hydrogels.
상기 노광은 UV(Ultra Violet)로 조사하는 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the exposure is performed by UV (Ultra Violet).
상기 젤화시키는 단계 전 또는 후에, 각각의 홀에 염료 시약을 주입하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이의 제조방법.
The method according to claim 6,
Further comprising injecting a dye reagent into each of the holes before or after the gelation step.
상기 기판의 하부에 UV 블로킹 필름이 형성되는 것을 특징으로 하는 비색센서 어레이의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein a UV blocking film is formed on a lower portion of the substrate.
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