KR20190089314A - Self powered glucose sensor and method for detecting glucose using of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자가전력 글루코오스 센서 및 이를 적용하여 글루코오스 농도의 검출방법에 대한 것으로, 압전나노제너레이터 기능과 글루코오스 센싱 기능을 동시에 가지며 별도의 전원 없이도 글루코오스 센싱이 가능한 차세대 스마트/자가전력 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a self-powered glucose sensor and a method of detecting glucose concentration using the same, and more particularly, to a smart / autosensor capable of glucose sensing without using a separate power source, having both a piezoelectric nano-generator function and a glucose sensing function.
다기능성, 자가발전, 압전 기반 활성 센서는 건강 모니터링 분야의 의학 장비로써 활용될 가능성이 큰 분야이다. 이러한 우수한 나노 시스템의 개발에는 상당히 많은 노력을 필요로 하나, 차세대 진단이나 테라그노시스(theragnosis) 장비에 상당히 적합하는 특징이 있다. 이러한 독특한 진단 도구는 피에조전기(piezoelectricity)와 같이 매일 사용되는 이미 존재하는 원리로부터 도출되기도 한다.Multifunctional, self-powered, and piezoelectric-based active sensors are likely to be used as medical equipment in the field of health monitoring. The development of these excellent nanosystems requires considerable effort, but it is well suited for next-generation diagnostics and theragnosis equipment. This unique diagnostic tool is derived from an already existing principle that is used every day, such as piezoelectricity.
압전나노제너레이터(piezoelectric nanogenerators, PNG)는 기계적인 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 에너지 회수장치의 일종이다.Piezoelectric nanogenerators (PNG) are a type of energy recovery device that converts mechanical energy into electrical energy.
많은 연구 결과들이 생활 환경 내의 기계적인 에너지 회수, 생체역학적 에너지의 회수를 저전력 전자 장치나 센서를 위한 전기 에너지로 활용하는 것에 관심을 갖고 있다.Many research results are concerned with the use of mechanical energy recovery in the living environment and the recovery of biomechanical energy as electrical energy for low-power electronic devices and sensors.
이식형 장치에 적용되고 있는 배터리의 수명이 제한되어 있기 때문에, 이를 이용하여 긴 기간 동안 지속적인 모니터링을 실시하는 것은 사실상 불가능하다. 배터리의 교환을 위해서는 수술적인 처치가 필요하고, 이는 환자에게 불편감과 이병률(morbidity)을 가져오기도 한다.Because of the limited lifetime of batteries being used in implantable devices, it is virtually impossible to conduct continuous monitoring over a long period of time. Replacement of the battery requires surgical intervention, which may cause discomfort and morbidity for the patient.
에너지 회수장치와 모니터링 시스템을 함께 이식하는 것이 이러한 문제점을 해결하거나 완화시키는 한 가지 해결책이 될 수 있다. 그러나, 이식 받는 동물이나 인체 내에 더 넓은 공간을 할애해야 하고, 복잡한 수술적인 과정을 거쳐야 할 수도 있다. 이에, 독립형이며 동시에 통합적인 원스텝 장비, 즉 활성 바이오센서(active biosensor)를 도입할 수 있다면 이상적인 해결책이 될 것이다.Transplanting the energy recovery device and the monitoring system together can be one solution that solves or mitigates this problem. However, it may be necessary to allocate more space within the recipient animal or human body, and to undergo complex surgical procedures. It would be an ideal solution if you could introduce a stand-alone and integrated one-step instrument, an active biosensor.
BaTiO3 나노입자(BT NP)는 잘 알려진 압전, 강유전성 물질로, 많은 연구자들이 압전 하베스팅 특성에 대해 보고하고 있는 PZR(lead zirconate titanate)와 유사한 특성을 갖는다.BaTiO 3 nanoparticles (BT NPs) are well-known piezoelectric and ferroelectric materials and have characteristics similar to lead zirconate titanate (PZR), which many researchers report on piezoelectric hobbing properties.
BT NP의 압전 특성을 향상시키기 위한 연구들이 진행되어 조성의 변화나 바이오 기반 자가 조립 기술 등이 시도되어 보고되고 있으나, 아직 바이오 센싱이나 테라그노시스 장치에 측면에서는 연구가 미진한 편이다.Studies on the improvement of piezoelectric properties of BT NP have been conducted and changes in composition and bio - based self - assembly techniques have been tried and reported. However, research on biosensing and teragnosys devices is still limited.
PZT와 달리, BT NPs는 생체적합성 재료로써, 약물전달, 생체 내 이미징, 암 테라피, 그리고 자가충전 나노시스템의 적합한 후보물질이다. 이러한 배경에서 본 발명의 발명자들은 바이오 센싱 분야에서 BT NPs를 활용하는 연구를 진행하였다.Unlike PZT, BT NPs are biocompatible materials and are suitable candidates for drug delivery, in vivo imaging, cancer therapies, and self-filling nanosystems. In this context, the inventors of the present invention have conducted studies using BT NPs in the field of biosensing.
본 발명의 목적은 압전나노제너레이터 기능과 글루코오스 센싱 기능을 동시에 갖는, 별도의 전원 없이도 글루코오스 센싱이 가능한 자가전력 글루코오스 센서 및 이를 적용하여 글루코오스 농도의 검출방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a self-powered glucose sensor capable of glucose sensing without a separate power source, having both a piezoelectric nano-generator function and a glucose sensing function, and a method of detecting glucose concentration by applying the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가전력 글루코오스 센서는 제1전극층과 제2전극층 사이에 위치하는 활성층을 포함한다.In order to accomplish the above object, the self-powered glucose sensor according to an embodiment of the present invention includes an active layer positioned between a first electrode layer and a second electrode layer.
상기 활성층은 BaTiO3을 함유하는 BT 필름으로, 기계적 부하에 따라 전기적 신호를 형성하며, 상기 전기적 신호 값은 상기 활성층에 화학흡착되는 글루코오스의 농도에 따라 변화하는 것일 수 있다.The active layer is a BT film containing BaTiO 3 and forms an electrical signal according to a mechanical load. The electrical signal value may vary depending on the concentration of glucose chemisorbed on the active layer.
상기 활성층에 포함되는 BaTiO3는 정방정계 나노입자일 수 있다.The BaTiO 3 included in the active layer may be tetragonal nanoparticles.
상기 활성층은 그 두께가 100 ㎛ 이하인 것일 수 있다.The active layer may have a thickness of 100 mu m or less.
상기 자가전력 글루코오스 센서는 기계적 부하 하에서 형성되는 자가전력의 전기적 신호를 기준으로 상기 활성층에 흡수된 용액 내의 검출범위의 글루코오스 농도에 따라 변화된 전기적 신호를 측정 결과로 표시하는 표시부를 더 포함하는 것일 수 있다.The self-powered glucose sensor may further include a display unit for displaying an electrical signal, which is changed according to the glucose concentration in the detection range in the solution absorbed in the active layer, based on the electrical signal of the self-power formed under the mechanical load, as a measurement result .
상기 글루코오스의 농도는 1,000 μM 이하의 범위일 수 있다.The concentration of the glucose may be in the range of 1,000 μM or less.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자가전력 글루코오스 센서를 이용한 글루코오스 농도의 검출방법은, 제1전극층과 제2전극층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 글루코오스 센서에 글루코오스 농도측정용 시료를 접촉하여 활성층에 글루코오스 분자가 화학흡착된 센서를 준비하는 시료접촉단계; 그리고 상기 화학흡착된 센서에 기계적 부하를 가하여 유도되는 압전력에 따라 발생하는 전기적 신호를 측정 결과로 표시하는 표시단계;를 포함한다.A method of detecting glucose concentration using an auto-power glucose sensor according to another embodiment of the present invention includes the steps of contacting a sample for glucose concentration measurement with a glucose sensor including an active layer positioned between a first electrode layer and a second electrode layer, A sample contacting step of preparing a sensor in which glucose molecules are chemisorbed; And a display step of displaying an electrical signal generated as a result of the measurement by applying a mechanical load to the chemically adsorbed sensor.
상기 표시단계에서 상기 전기적 신호는 미리 정해진 계산값에 따라 글루코오스 농도로 환산되어 표시되는 것일 수 있다.In the displaying step, the electrical signal may be converted into a glucose concentration according to a predetermined calculation value.
상기 활성층의 BT 필름은 BaTiO3는 정방정계 나노입자를 필름 형태로 제조한 것으로, 13 내지 17 시간 동안 4 내지 6 kV의 전기장에서 폴링처리가 된 것이 수 있다.BT film of the active layer is BaTiO 3 is to be manufactured the tetragonal nano-particles in a film form, it may be with a polling process in an electric field of 4 to 6 kV for 13 to 17 hours.
상기 표시단계의 기계적 부하는 0.1 내지 2 N의 힘을 0.05 내지 1 ms-2의 가속도로 적용한 것일 수 있다.The mechanical load of the display step may be a force of 0.1 to 2 N applied at an acceleration of 0.05 to 1 ms -2 .
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
바륨 티타네이트 나노입자(Barium titanate nanoparticles, BT NPs)의 압전 특성과 반도체 특성에 기반한 스마트 바이오센서에 대해 개시한다. Al/BT/ITO NG (Aluminum (Al)/ Barium titanate (BT) / Indium Tin Oxide (ITO) nanogenerator)가 자가전원 바이오센서의 일 예시로써 개시되며, 글루코오스 검출 성능을 시험했다. 이 나노제너레이터의 압전 출력은 두 가지 기능을 동시에 갖는데, 에너지 원으로써의 기능과 바이오센싱 신호라는 기능이 바로 그 두가지이다. 바이오분자는 장치의 게이트 포텐셜을 제공하는 전기전도도(전하이동밀도)를 변화시키고, 이는 바이오분자가 BT NPs의 표면에 흡착되는 것에서 기인하는 band alignment와 기능을 변화시킬 수 있다.A smart biosensor based on piezoelectric properties and semiconductor properties of barium titanate nanoparticles (BT NPs) is disclosed. Al / BT / ITO NG (Aluminum (Al) / Barium titanate (BT) / Indium Tin Oxide (ITO) nanogenerator) was demonstrated as an example of a self-powered biosensor and tested for glucose detection performance. The piezoelectric output of this nano-generator has two functions at the same time: function as energy source and biosensing signal. Biomolecules change the electrical conductivity (charge transfer density) that provides the device's gate potential, which can change the band alignment and function resulting from the adsorption of biomolecules onto the surface of BT NPs.
본 발명의 발명자들은, BT NPs의 압전특성과 반도체특성을 글루코오스 분자를 검출하는 것에 적용했다. 글루코오스 분자(루이스 염기)는 BT NPs 필름(루이스 산)의 표면 상에서 게이트 포텐셜로써 작용하고, BT NPs 필름의 전하이동밀도(electrons)에 영향을 미치며, 압전 출력의 자유이동자의 스크리닝 효과를 변형시킨다. 이러한 새로운 자가전력 글루코오스 바이오센서는 좋은 선택도(간섭물질 대비 약 6배)를 갖으며, 진단 장치로써의 차세대 스마트/자가전원 나노시스템의 원형을 제시한다.The inventors of the present invention have applied the piezoelectric and semiconductor properties of BT NPs to detecting glucose molecules. The glucose molecule (Lewis base) acts as a gate potential on the surface of the BT NPs film (Lewis acid), affects the charge mobility (electrons) of the BT NPs film and modifies the screening effect of the free mover of the piezoelectric output. These new self-powered glucose biosensors offer good selectivity (about six times that of interferents) and a prototype of next-generation smart / self-powered nano-systems as diagnostic devices.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자가전력 글루코오스 센서는 제1전극층과 제2전극층 사이에 위치하는 활성층을 포함하고, 상기 활성층은 BaTiO3을 함유하는 BT 필름으로, 기계적 부하에 따라 전기적 신호를 형성하며, 상기 전기적 신호 값은 상기 활성층에 화학흡착되는 글루코오스의 농도에 따라 변화하는 것이다.In order to attain the above object, the self-powered glucose sensor according to an embodiment of the present invention includes an active layer positioned between a first electrode layer and a second electrode layer, and the active layer is a BT film containing BaTiO 3 , , And the electrical signal value changes depending on the concentration of glucose chemically adsorbed on the active layer.
상기 활성층은 BaTiO3을 함유하는 BT 필름으로, 압전 특성과 글루코로스 분자 센싱 특성을 동시에 갖는다. 압전 특성을 BaTiO3을 함유하는 BT 필름 자체가 갖기 때문에 센서의 외부에 분리되어 위치하여 에너지를 회수하고 전달하는 것이 불필요하고, 타겟 분자의 센싱과 동시에 전원을 공급하는 특성을 보인다. 또한, 압전 특성을 추적하여, 압전 출력에 따라 타겟 바이오 분자의 농도와 같은 생체의학적 정보를 확인할 수 있다. The active layer is a BT film containing BaTiO 3, and has a piezoelectric characteristic and a glucose sensing characteristic simultaneously. Since the BT film itself containing BaTiO 3 has a piezoelectric characteristic, it is unnecessary to separate and transfer energy to the outside of the sensor, and it shows a characteristic of supplying power simultaneously with sensing of target molecules. Further, the piezoelectric characteristic can be traced and biomedical information such as the concentration of the target biomolecule can be confirmed according to the piezoelectric output.
상기 전기적 신호는, 압전위 또는 압전류일 수 있고, 바람직하게 압전위가 적용될 수 있다. 상기 압전위는 상기 활성층에 적용되는 글루코오스 농도에 따라서 그 압전위가 감소하는 것일 수 있다.The electrical signal may be a piezoelectric field or a piezoelectric field, and preferably a piezoelectric field may be applied. The piezoelectric field may have a reduced piezoelectric field depending on the concentration of glucose applied to the active layer.
상기 제1전극층과 제2전극층은 통상 센서, 바이오센서, 압전제너레치터 등에서 전극으로 활용되는 것이라면 적용될 수 있고, 예를 들어 알루미늄 포일, ITO 가 코팅된 필름 등이 적용될 수 있다.The first electrode layer and the second electrode layer may be applied as long as they are used as electrodes in a sensor, a biosensor, a piezo generator or the like. For example, aluminum foil or a film coated with ITO may be applied.
상기 제1전극층과 제2전극층의 전위차 또는 이들 사이의 전류의 흐름은 구리선 등의 전선을 통해 연결되어 표시장치(또는 검출장치)에 연결될 수 있다.The potential difference between the first electrode layer and the second electrode layer or the current flow between the first electrode layer and the second electrode layer may be connected to a display device (or a detection device) through a wire such as a copper wire.
상기 표시장치는 압전 출력 전압과 같은 상기 전기적 신호를 감치하고 이를 그대로 또는 글루코오스 농도로 환산하여 그 측정 결과를 표시하는 역할을 한다.The display device senses the electrical signal such as a piezoelectric output voltage, converts the electric signal into a glucose concentration, and displays the measurement result.
상기 활성층에 포함되는 BaTiO3는 정방정계 나노입자일 수 있다.The BaTiO 3 included in the active layer may be tetragonal nanoparticles.
BaTiO3는 정방정계 나노입자는, 생체적합성 특성을 가지면서도 압전 특성과 글루코오스 등의 생체분자에 대한 바이오센싱 특성을 동시에 갖는 특성이 있다.BaTiO 3 has a characteristic that both tetragonal nanoparticles have biocompatibility characteristics and simultaneously have piezoelectric characteristics and biosensing characteristics with respect to biomolecules such as glucose.
상기 BaTiO3는 바람직하게 200 ㎛ 이하인 정방정계 나노입자가 적용되는 것이 좋으며, 다공성 구조를 갖도록 필름 형태로 제조한 BaTiO3는 필름(BT 필름)이 적용될 수 있다.The BaTiO 3 is preferably a tetragonal nanoparticle having a size of 200 μm or less, and a film (BT film) of BaTiO 3 prepared in a film form to have a porous structure may be applied.
BT NPs를 포함하는 BT 필름은 그 자체로 다른 표면 기능화처리 없이도 기능적 특성을 가질 수 있다. BT 필름은 Ba2+ 과 Ti4+ 이온종을 갖는데, 이들이 루이스 산으로 역할을 할 수 있고, 반면 글루코오스는 루이스 염기인 OH- 기를 갖는다는 특성이 있다. 따라서, 이 루이스 염기는 루이스 산(Ba2+ 과 Ti4+)과 반응하여 글루코오스가 산화되고 전하(e-)를 방출출하도록 할 수 있다. 이는 BT 필름 내에서 전하이동체밀도(electrons)의 변화를 야기하며, 압전 출력의 자유 이동체 차폐 효과를 변형하는 효과를 가져올 수 있다. 따라서, BT NPs의 압전 특성과 반도체 특성은 센싱 메커니즘에서 가장 중요한 역할을 한다. BT films containing BT NPs may themselves have functional properties without further surface functionalization. BT films have Ba 2+ and Ti 4+ ionic species, which can act as Lewis acids, while glucose has the OH - group as a Lewis base. Thus, the Lewis base can react with Lewis acids (Ba 2+ and Ti 4+ ) to cause the glucose to oxidize and release the charge (e - ). This causes a change in the charge carrier electrons in the BT film, and may have the effect of modifying the shielding effect of the free moving body of the piezoelectric output. Thus, the piezoelectric and semiconductor properties of BT NPs play a major role in the sensing mechanism.
상기 BT 필름은 예를 들어 고상반응법으로 제조한 BaTiO3 나노입자를 PVA 매트릭스 내에 분산시킨 후 필름 캐스팅하여 BT/PVA 복합필름을 제조한 후, 열처리하여 PVA를 제거하고 BT 필름을 제조할 수 있다. 이렇게 BT NPs을 PVA로 처리하는 것은 BT NPs에 더 소수성이 되도록 특성을 부여할 수 있어서, 분석대상물인 글루코오스와 더 잘 상호작용 할 수 있도록 할 수 있다.For example, the BT film may be prepared by dispersing BaTiO 3 nanoparticles prepared by a solid-phase reaction method in a PVA matrix, casting the film into a BT / PVA composite film, and then heat treating the PVA film to remove the PVA to produce a BT film . Thus, treatment of BT NPs with PVA can characterize BT NPs to be more hydrophobic, allowing them to better interact with the analyte, glucose.
이때, 적용되는 BT NPs 농도(weight/volume [W/V %])에 따라 장치의 성능에 변화가 있을 수 있는데, 5 내지 20%(w/v)의 비율로 적용될 수 있고 15 내지 20%(w/v)으로 적용되는 경우가 더 우수한 성능을 보여줄 수 있다.At this time, there may be a change in the performance of the device depending on the BT NPs concentration (weight / volume [W / V%]) applied, which can be applied in a ratio of 5 to 20% (w / v) w / v) can be used to show better performance.
BT NPs를 더 높은 농도로 적용하면 장치의 성능이 더 향상될 것이라 예상되나, 20% w/v 초과로 적용하는 경우에는 균질한 필름 형태로 형성이 어렵다는 단점이 있다. It is expected that the application of BT NPs at higher concentration will improve the performance of the device, but it is difficult to form a homogeneous film when applied at a concentration higher than 20% w / v.
또한, 상기 BT 필름은 비표면적은 10 내지 20 m2/g인 것일 수 있다. The BT film may have a specific surface area of 10 to 20 m 2 / g.
이러한 BT 필름은 BT NPs로 이루어진 것일 수 있다.Such a BT film may be made of BT NPs.
이러한 BT 필름은 제1전극 상에 제조될 수 있고, 이러한 경우 제1전극 전극이자 지지체의 역할을 동시에 한다.Such a BT film can be produced on the first electrode, and in this case, serves as both the first electrode electrode and the support.
상기 BT 필름인 활성층은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되고, 고정된 후 센서로 활용될 수 있다.The active layer, which is the BT film, is disposed between the first electrode and the second electrode, and can be used as a sensor after being fixed.
상기 활성층은 압전 특성을 향상시키기 위하여 폴링 처리가 진행된 것일 수 있다. 일반적으로, 폴링은 외부 전기장의 방향에서 BT NPs의 전기쌍극자의 배향을 유도하며 우수한 압전 특성을 갖도록 유도한다.The active layer may be polled to improve the piezoelectric characteristics. In general, polling induces the orientation of electrical dipoles of BT NPs in the direction of the external electric field and leads to good piezoelectric properties.
상기 활성층은 그 두께가 100 ㎛ 이하일 수 있고, 30 내지 60 ㎛일 수 있으며, 이러한 두께로 상기 활성층을 형성하였을 경우에 효율적으로 글루코오스 분자의 농도를 탐지하면서 표시에 충분한 압전력을 유지할 수 있다.The active layer may have a thickness of 100 탆 or less and may be 30 to 60 탆. When the active layer is formed with such a thickness, it is possible to efficiently detect the concentration of glucose molecules and maintain sufficient piezoelectric power for display.
상기 자가전력 글루코오스 센서는 기계적 부하 하에서 형성되는 자가전력의 전기적 신호를 기준으로 상기 활성층에 흡수된 용액 내의 검출범위의 글루코오스 농도에 따라 변화된 전기적 신호를 측정 결과로 표시하는 표시부를 더 포함하는 것일 수 있다.The self-powered glucose sensor may further include a display unit for displaying an electrical signal, which is changed according to the glucose concentration in the detection range in the solution absorbed in the active layer, based on the electrical signal of the self-power formed under the mechanical load, as a measurement result .
구체적으로, 상기 자가전력 글루코오스 센서는 기계적 부하 하에서 형성되는 자가전력의 압전압을 기준으로 상기 활성층에 흡수된 용액 내의 검출범위의 글루코오스 농도에 따라 감소된 압전압을 표시하는 것일 수 있다. 또한 상기 압전압은 미리 정해진 알고리즘에 따라 글루코오스 농도로 환산되어 표시장치에 표시될 수도 있다.Specifically, the self-powered glucose sensor may display a reduced pressure voltage according to the glucose concentration in the detection range in the solution absorbed in the active layer, based on the pressure voltage of the self-power formed under the mechanical load. Further, the pressure voltage may be converted to glucose concentration according to a predetermined algorithm and displayed on a display device.
상기 기계적 부하는 상기 글루코오스 센서를 작동시키고 표시 장치에 표시할 수 있는 정도의 압전력을 생산할 수 있는 정도면 족하며 예를 들어, 0.01 내지 2 N의 힘을 0.01 내지 10 ms-2의 가속도로 적용하는 것일 수 있다.The mechanical load is sufficient to produce a piezoelectric power enough to operate the glucose sensor and display on a display device. For example, a force of 0.01 to 2 N is applied at an acceleration of 0.01 to 10 ms -2 .
이러한 자가전력 글루코오스 센서는 그 검출범위가 1,000 μM 이하일 수 있고, 0 μM 내지 800 μM 범위일 수 있으며, 이러한 범위에서 글루코오스 농도 변화에 대해 거의 선형적인 압전압 검출 결과를 확인하여 이러한 범위를 글루코오스 검출 범위로 적용할 수 있다.Such a self-powered glucose sensor may have a detection range of less than 1,000 μM and may range from 0 μM to 800 μM. In this range, an almost linear pressure-voltage detection result for glucose concentration changes is identified and the glucose detection range As shown in FIG.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 자가전력 글루코오스 센서를 이용한 글루코오스 농도의 검출방법은, 제1전극층과 제2전극층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 글루코오스 센서에 글루코오스 농도측정용 시료를 접촉하여 활성층에 글루코오스 분자가 화학흡착된 센서를 준비하는 시료접촉단계; 그리고 상기 화학흡착된 센서에 기계적 부하를 가하여 유도되는 압전력에 따라 발생하는 전기적 신호를 측정 결과로 표시하는 표시단계;를 포함한다.A method of detecting glucose concentration using an auto-power glucose sensor according to another embodiment of the present invention includes the steps of contacting a sample for glucose concentration measurement with a glucose sensor including an active layer positioned between a first electrode layer and a second electrode layer, A sample contacting step of preparing a sensor in which glucose molecules are chemisorbed; And a display step of displaying an electrical signal generated as a result of the measurement by applying a mechanical load to the chemically adsorbed sensor.
상기 자가전력 글루코오스 센서에 대한 구체적인 설명은 위에서 한 설명과 중복되므로 그 자세한 기재를 생략한다.The detailed description of the self-powered glucose sensor is the same as that described above, so that detailed description thereof will be omitted.
상기 시료접촉단계는 다공성의 활성층에 존재하는 또는 활성층과 제1전극층 및/또는 제2전극층 사이에 존재하는 미세한 틈에 의하여 모세관 현상에 의하여 상기 활성층 전체로 상기 시료가 이동되고, 탐색하고자 하는 타겟분자, 예를 들어 글루코오스 분자가 활성층에 고루 퍼지도록 한다.In the sample contacting step, the sample is moved to the entire active layer by capillary action due to a minute gap present in the porous active layer or between the active layer and the first electrode layer and / or the second electrode layer, , For example, glucose molecules spread evenly over the active layer.
이때, 2*2cm2인 BT 필름 대비 사용된 글루코오스 용액의 양은 30 내지 70μl 정도가 적당한데, 정체나 합선의 문제를 발생시키지 않는 정도의 양으로 이러한 양으로 센서에 적용하는 것이 좋다.In this case, the amount of the glucose solution used is preferably about 30 to 70 μl compared to the 2 * 2 cm 2 BT film, and it is preferable to apply the amount of the glucose solution in such an amount to such an extent as not to cause stagnation or short-circuit problems.
상기 표시단계에서 상기 전기적 신호는 미리 정해진 계산값에 따라 글루코오스 농도로 환산되어 표시되는 것일 수 있다.In the displaying step, the electrical signal may be converted into a glucose concentration according to a predetermined calculation value.
시료의 글루코오스 농도에 따라서 동일한 가속도와 힘으로 압전압을 유도하더라도 그 압전압 값이 달라지고(낮아지고), 이는 글루코오스 농도와 거의 선형의 특성을 보이므로, 이러한 정보를 미리 입력하여 측정된 압전압에 대응되는 값으로써 글루코오스 농도를 표시할 수 있다.Even if the pressure voltage is induced by the same acceleration and force according to the glucose concentration of the sample, the pressure voltage value thereof is changed (lowered) and exhibits almost linear characteristics with the glucose concentration. Therefore, The glucose concentration can be displayed as a value corresponding to the glucose concentration.
상기 활성층의 BT 필름은 BaTiO3는 정방정계 나노입자를 필름 형태로 제조한 것으로, 4 내지 6 kV의 전기장에서 폴딩처리가 된 것이 수 있다. 또한 상기 폴딩처리는 30 시간 이하로 적용하는 것이 좋고, 13 내지 17 시간 동안 4 내지 6 kV의 전기장에서 폴딩 처리시에 본 발명의 자가전력 글루코오스 센서에 최적화를 유도할 수 있다. 만약, 30시간 초과로 폴딩처리를 진행하는 경우 오히려 탈분극(Depolarization)이 진행될 수 있다. 따라서, 위의 조건에서 폴딩 처리시에 본 발명의 전기적인 압전출력을 효율화시킬 수 있다.The BT film of the active layer is a film of tetragonal nanoparticles of BaTiO 3, which has been folded at an electric field of 4 to 6 kV. The folding process is preferably applied for 30 hours or less, and the folding process may induce optimization of the self-powered glucose sensor of the present invention during the folding process in the electric field of 4 to 6 kV for 13 to 17 hours. If the folding process is performed for more than 30 hours, depolarization may proceed. Therefore, the electrical piezoelectric output of the present invention can be made efficient at the folding process under the above conditions.
상기 표시단계의 기계적 부하는 0.1 내지 2 N의 힘을 0.05 내지 1 ms-2의 가속도로 적용한 것일 수 있고, 0.05 내지 0.25 ms-2 에서 0.1 내지 0.5 N의 힘으로 적용되는 것일 수 있으며, 이러한 경우 피크 패턴 거동과 일정 시간 동안의 균일성 등의 측면에서 안정적인 전기적 특성을 보일 수 있다.The mechanical load of the display step may be a force of 0.1 to 2 N applied at an acceleration of 0.05 to 1 ms -2 and applied at a force of 0.05 to 0.25 ms -2 to 0.1 to 0.5 N, Stable electrical characteristics can be shown in terms of peak pattern behavior and uniformity over a certain period of time.
이러한 자가전력 글루코오스 센서는, 나노제너레이터의 기계적인 변형 과정에서, 상극자의 응력으로 인하여 상부전극과 하부전극 사이에 압전 전위가 유도되면, 이러한 내부 전위차는 자유전자 흐름의 원인이 되고, 이에 따라 압전 전위는 소멸하는 과정을 반복한다. 따라서, 이러한 과정에서 전하 운반자 밀도를 추적하는 것은 생체 정보를 담고 있는 압전위의 추적이라는 가져올 수 있다. 한편, 압전 재료 상에 생체 분자를 흡착시키면 자유전자의 양태에 변화를 가져올 수 있고, 따라서 이러한 상태에서 압전위를 스크리닝 하는 것은 NG의 최종 출력신호에 상당한 영향을 미칠 수 있고, 따라서 바이오센서로써 그리고 에너지원으로써 양 쪽의 역할을 동시에 할 수 있다.In such a self-powered glucose sensor, when the piezoelectric potential is induced between the upper electrode and the lower electrode due to the stress of the upper electrode in the mechanical deformation process of the nano-generator, this internal potential difference causes the free electron flow, Repeat the process of disappearing. Thus, tracking the carrier-to-charge density in this process can lead to tracking of the piezoelectric field that contains biometric information. On the other hand, adsorption of biomolecules on the piezoelectric material can lead to changes in the form of free electrons, and screening of the piezoelectric field in this state can have a considerable effect on the final output signal of NG, As an energy source, you can play both roles at the same time.
본 발명은 글루코오스에 대한 BT 필름 기반 NG의 압전 출력 반응을 통해 글루코즈 분자의 존재에 의하여 피에조 전위의 유리 수송기의 스크리닝 효과를 확인했으며, 이러한 NG는 외부 전력 공급이 필요 없는 자가 발전 센서(활성 센서, active sensor)로써 글루코즈 분자를 검출할 수 있다는 점을 확인했다. 본 발명은 이러한 결과를 바탕으로 차세대 스마트/자가발전 나노세스템의 원형을 제시한다.The present invention confirms the screening effect of the glass transporter of the piezoelectric potential by the presence of the glucose molecule through the piezoelectric output reaction of the BT film-based NG to glucose. This NG is a self-generated sensor (active sensor, active sensor) to detect glucose molecules. Based on these results, the present invention proposes a prototype of a next generation smart / self-powered nano system.
본 발명의 자가전력 글루코오스 센서 및 이를 적용하여 글루코오스 농도의 검출방법은 별도의 전원 없이도 압전나노제너레이터 기능과 글루코오스 센싱 기능을 동시에 갖는 것으로, 간단하고 단순한 단일 구조의 센서로 비효소적인 방법으로 글루코오스 농도를 검출하는 방법을 제공하여, 차세대 스마트-자가전원 바이오센싱 시스템으로 활용도가 우수하며 생체적합적 재료를 핵심 재료로 활용하여 이식형 장치로도 그 활용도가 높다.The self-powered glucose sensor of the present invention and the method of detecting the glucose concentration by the same have both a function of a piezo-electric nano-generator and a function of sensing a glucose without a separate power supply. By using a simple and simple structure sensor, Sensing biosensor system, which is a next-generation smart-self-powered biosensor system, and utilizes biocompatible materials as a core material, making it highly applicable to implantable devices.
도 1은 본 발명의 실시예에서 제조한 BaTiO3(BT) 필름 기반 압전 나노제너레이터(PNG)를 설명하는 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에서 합성된 BaTiO3 나노입자(BT NPs)의 라만 스펙트럼(a)과 XRD 패턴(b)을 보여주는 그래프. (c)는 BT NPs을 FE-SEM로 관찰한 결과이고(스케일바=2μm, 삽입된 사진은 BT NPs의 크기가 200 nm 이하임을 보여줌), (d)는 BT NPs 필름의 단면을 관찰한 결과(필름 두께는 50 μm 이하). 2 μm 스케일에서 BT NPs 필름의 FE-SEM은 (c)에 나타냈고, 삽입된 사진은 BT NPs ≤ 200 nm임을 보여준다. (d)는 BT NPs 필름의 단면을 FE-SEM로 관찰한 사진이며, 필름 두께가 50 μm 이하임을 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 제조한 활성 (자가발전) 글루코오스 센서를 이용하여 측정한 결과로, (a) 기계적 부하(F=0.2 N) 하에서 BT 필름 기반 NG의 출력 전압과 전류를 각각 NG에 적용한 BT NPs의 농도에 따라 표시한 그래프이고, (b) 개회로전압 (Voc)을 보여주는 그래프로, 삽입된 그래프는 피크-피크 전압 곡선의 확대사진, 삽입된 사진은 초록색 LED를 이용하여 압전위 발생을 보여주는 사진. 그리고, (c) BT 필름 기반 NG (20% w/v)의 단락전류 (Isc). (d) 600초 동안 감소 없이 안정적인 출력전압을 보여주는 그래프 (NG: 20% w/v, 부하 0.2 N 적용). (e) 각각 다른 글루코오스 농도 (0 내지 800 μM)에 따른 NG (20% w/v, F = 0.2 N)의 압전출력을 보여주는 그래프로, 글루코오스의 농도에 의존적으로 선형으로 반응함을 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 시험한 (a) NG와 글루코오스 농도 사이의 관계를 보여주는 그래프와, (b) 글루코오스 농도에 따른 반응 r의 의존성을 보여주는 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에서 제조한 BT 필름 기반 NG가 글루코오스 바이오센싱 과정에서 활성 메커니즘을 보여주는 개념도.
도 6은 간섭 연구를 보여주는 것으로 (a)는 1 mM의 글루코오스와 1 mM 요산(uric acid, UA), 1 mM 아스코르브산(ascorbic acid, AA), 1 mM 갈락토오스(galactose, Gal)과 같은 간섭물질의 존재 하에서 NG의 압전출력을 보여주는 그래프, (b)는 글루코오스와 간섭물질이 함께 존재할 때의 전압 변화 상의 NG 반응을 보여주는 그래프.1 is a conceptual diagram illustrating a BaTiO 3 (BT) film-based piezoelectric nano-generator (PNG) manufactured in an embodiment of the present invention.
2 is a graph showing Raman spectrum (a) and XRD pattern (b) of BaTiO 3 nanoparticles (BT NPs) synthesized in an embodiment of the present invention. (c) shows the results of observing BT NPs with FE-SEM (scale bar = 2 μm, inset image shows that the size of BT NPs is less than 200 nm), (d) (Film thickness is 50 μm or less). The FE-SEM of the BT NPs film at 2 μm scale is shown in (c), and the inset image shows that BT NPs ≤ 200 nm. (d) is a photograph of the cross section of the BT NPs film observed by FE-SEM, showing that the film thickness is 50 μm or less.
FIG. 3 is a graph showing the results of measurement using an active (self-generated) glucose sensor fabricated in an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows (a) the output voltage and current of a BT film-based NG under a mechanical load (B) the open circuit voltage (Voc). The inserted graph shows an enlarged view of the peak-peak voltage curve, and the inset photo shows a green LED. Photo showing the occurrence of the stomach. And (c) Short circuit current (Isc) of BT film-based NG (20% w / v). (d) Graph showing stable output voltage without reduction for 600 s (NG: 20% w / v, load 0.2 N applied). (e) Graph showing the piezoelectric output of NG (20% w / v, F = 0.2 N) according to different glucose concentrations (0 to 800 μM), showing linearly dependent response to glucose concentration.
Figure 4 is a graph showing the relationship between NG and glucose concentration (a) tested in the example of the present invention, and (b) graph showing the dependence of reaction r on glucose concentration.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the BT membrane-based NG prepared in the example of the present invention, showing an active mechanism in the glucose biosensing process. FIG.
FIG. 6 shows an interference study. FIG. 6 (a) shows the results of an interference study in which 1 mM glucose and 1 mM uric acid (UA), 1 mM ascorbic acid (AA), 1 mM galactose (B) is a graph showing the NG response on the voltage change when the glucose and the interfering substance are present together. Fig.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
실험방법Experimental Method
1. BT NPs의 합성1. Synthesis of BT NPs
고상반응법으로 순수한 정방정계 BT NPs을 합성하였다. 전구체로, 아세톤 내에서 BaCO3(99.95%)과 TiO2(98%, Daejung Chemical)을 막자사발을 이용하여 30분 동안 잘 혼합하여 균질한 분말을 제조하였다(전구체의 혼합비율은 BaTiO3의 원소 비율에 따랐다). 균질한 혼합물을 알루미나 연소 보트 내에 위치시키고 2.5 ℃/min의 승온속도로 1,200 ℃까지 승온하여 2 시간 동안 개방튜브로에서 열처리를 진행했다. 자연 냉각 후 회수한 BT NPs은 결정형과 표면 모폴로지를 Raman spectroscopy와 FTIR(fourier-transform infrared) spectroscopy, XRD, 그리고 FE-SEM로 분석하였다.Pure tetragonal BT NPs were synthesized by solid state reaction. As a precursor, BaCO 3 (99.95%) and TiO 2 (98%, Daejung Chemical) were mixed well in acetone for 30 minutes using a mortar to prepare a homogeneous powder (the mixing ratio of the precursor was BaTiO 3 Ratio). The homogeneous mixture was placed in an alumina combustion boat, heated to 1,200 ° C at a heating rate of 2.5 ° C / min and heat treated in an open tube furnace for 2 hours. The BT NPs recovered after natural cooling were analyzed by Raman spectroscopy, Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, XRD, and FE-SEM.
2. Al/BT/ITO NG의 합성2. Synthesis of Al / BT / ITO NG
도 1에 나타낸 Al/BT/ITO NG의 개념도처럼, 본 발명의 실시예에서 적용한 NG는 3 가지 간단한 공정(i: BT 필름 형성, ii: 전극의 형성-외부 연결, 그리고 iii: 캡톤 프레임 내에 고정)으로 제조되었다.As shown in the conceptual diagram of Al / BT / ITO NG shown in FIG. 1, the NG applied in the embodiment of the present invention includes three simple processes (i: BT film formation, ii: electrode formation- external connection, and iii: ).
투명한 ITO가 코팅된 PET 필름이 BT 필름과 전극(conducting electrode, bottom)의 지지층으로써 적용되었다. ITO 기재 상에 간이한 용액 캐스팅 기술이 적용하여 두께가 50 μm 이하인 BT 필름이 형성되었다. 구체적으로, 5 w/v% PVA 매트릭스 내에 각각 5, 10, 및 20 w/v% BT NPs를 균일하게 분산시켜 BT 필름을 형성하였다. ITO 기재에 이 BT NPs가 분산된 BT 필름을 캐스팅한 후, 150 ℃에서 1시간 동안 열처리하여 PVA가 제거된 균일한 다결정성 필름을 얻었다. Transparent ITO coated PET film was applied as a supporting layer of BT film and electrode (conducting electrode, bottom). A simple solution casting technique was applied on the ITO substrate to form a BT film having a thickness of 50 μm or less. Specifically, BT films were formed by uniformly dispersing 5, 10, and 20 w / v% BT NPs in a 5 w / v% PVA matrix, respectively. BT films in which BT NPs were dispersed were cast on an ITO substrate and then heat treated at 150 ° C for 1 hour to obtain a uniform polycrystalline film from which PVA was removed.
두께 15 μm 이하의 알루미늄 포일을 BT 필름 상에 위치시켜 상대전극(counter electrode, top)을 형성하였다. 구리선과 은 페이스트로 상부전극(top electrode)과 하부전극(bottom electrode)를 서로 연결하고 압전출력전압과 전류 측정에 활용하였다.An aluminum foil with a thickness of 15 μm or less was placed on the BT film to form a counter electrode (top). The top electrode and the bottom electrode were connected to each other by a copper wire and a silver paste and used for measuring the piezoelectric output voltage and current.
마지막으로, 이렇게 제조된 장치(NG 장치)는 두 장의 캡톤 필름 사이에 단단하게 고정되었고, 전극과 BT 필름이 접촉되어 프레임에 의하여 지지되는 장치를 제조했다.Finally, the thus fabricated device (NG device) was firmly fixed between two sheets of Capton film, and the electrode and the BT film were contacted to manufacture a device supported by the frame.
위의 장치의 활성영역은 2*2 cm 크기이고, BT 필름의 일부가 연장되어 모세관 현상을 이용하여 전체 필름(활성 영역)에 탐색 분자가 골고루 퍼지도록 하여, 글루코오스 분자 탐색에 이용하였다.The active region of the above device was 2 * 2 cm in size, and a portion of the BT film was elongated to utilize the capillary phenomenon to spread the search molecules evenly over the entire film (active region), and used for glucose molecule search.
NG 장치는 압전 특성을 향상시키기 위하여 5kV의 전기장에서 15시간 이내로 처리되어 폴링되었다. 이 새로운 장치 구조는 생물학적으로 중요한 분자를 검출하는 새로운 압전기반 바이오센서로써 활용을 이하에서 실험했다.The NG device was polled within 15 hours in an electric field of 5 kV to improve the piezoelectric characteristics. This new device structure is utilized as a new piezoelectric-based biosensor to detect biologically important molecules.
측정방법How to measure
모든 샘플의 표면 모폴로지는 FE-SEM(JSM-6700F; JEOL)을 사용하여 관찰했다.The surface morphology of all samples was observed using FE-SEM (JSM-6700F; JEOL).
X-ray diffractometer(Rigaku)는 40 kV/10 mA로 실온에서 Cu Kα radiation (2θ range, 20-80 °)을 적용하여 BT NPs의 결정상을 확인하는데 활용하였다.X-ray diffractometer (Rigaku) was used to confirm the crystal phase of BT NPs by applying Cu K radiation (2 θ range, 20-80 °) at room temperature with 40 kV / 10 mA.
Raman spectra는 high-throughput single-stage spectrometer(Lab RAM; HR Evaaluation, Japan)를 이용하여 514 nm 의 역이원으로 측정했다.The Raman spectra were measured using a high-throughput single-stage spectrometer (Lab RAM; HR Evaaluation, Japan) at 514 nm.
NG의 개회로전압(Voc)과 단락전류(Isc)는 나노전압기(2182A; Keithley)와 피코암미터(6584; Keithley)를 이용하여 측정되었다.NG open circuit voltage (Voc) and short circuit current (Isc) were measured using a nanovoltage generator (2182A; Keithley) and a picoammeter (6584; Keithley).
NG 출력은 기계적인 부하(F=0.2N)로 유도하여 측정하였다.The NG output was measured with a mechanical load (F = 0.2 N).
실험결과Experiment result
1. 구조적인 특징1. Structural features
합성된 BT NPs의 모폴로지, 크기, 결정상 등을 확인했다.The morphology, size and crystallinity of the synthesized BT NPs were confirmed.
XRD와 Raman shift결과는 BT NPs가 어떤 결정형인지 보여준다. BT NPs의 특징적인 피크는 252 cm-1, 305 cm-1, 및 518 cm-1에서 나타났고(도 2의 (a) 참고), 이는 BT NPs가 정방정계(tetragonal phase)로, 원인격자(parent lattice) 내에 Ti4+이 존재하는 것을 의미한다. 305 cm-1과 518 cm-1 위치에서의 피크는 각각 A1과 B1 모드를 의미하며, XRD 회절 패턴은 ICDD 98-001-3771 패턴과 비교해서 45º 에서 관찰되는 peak splitting(200/002; 삽입; 도2의 (b) 참고)는 순수한 BT NPs의 정방정계 특성을 보여준다. 따라서, Raman shift와 XRD결과는 합성된 BT NPs가 우수한 결정성과 우수한 강유전성의 정방정계 특성을 갖는다는 점을 보여준다.The XRD and Raman shift results show how the BT NPs are crystalline. The characteristic peaks of BT NPs were found at 252 cm -1 , 305 cm -1 and 518 cm -1 (see FIG. 2 (a)), which suggests that BT NPs is a tetragonal phase, Ti 4+ is present in the parent lattice. The peaks at 305 cm -1 and 518 cm -1 indicate the A1 and B1 modes, respectively, and the XRD diffraction patterns show peak splitting (200/002; insertion; 2 (b)) shows the tetragonal nature of pure BT NPs. Therefore, Raman shift and XRD results show that the synthesized BT NPs have excellent crystallinity and excellent ferroelectricity of tetragonal properties.
표면 모폴로지는 FE-SEM로 관찰되었고, 저해상도 주사전자현미경 사진은 도 2의 (c)에 나타냈으며, BT 필름 표면 상에 BT NPs이 균일하게 분산되어있음을 보여준다. 삽입된 사진은 BT NPs가 랜덤 형태로 직경이 200 nm 이하임을 보여준다.The surface morphology was observed with FE-SEM, the low-resolution scanning electron microscope photographs are shown in Fig. 2 (c), and BT NPs were uniformly dispersed on the BT film surface. The inset shows that BT NPs are random in shape and have a diameter of less than 200 nm.
BT 필름의 단면은 50 μm 이하의 두께로 균일한 필름이 형성되었음을 보여준다(도 2의 (d) 참고). FTIR 스펙트럼은 550 cm-1 이하에서 Ti-O stertch signal은 BT NPs의 특성을 다시한번 확인시켜 주었다(도 7 참고).The cross section of the BT film shows that a uniform film having a thickness of 50 탆 or less was formed (see Fig. 2 (d)). At FTIR spectra below 550 cm -1 , the Ti-O stertch signal again confirmed the properties of BT NPs (see FIG. 7).
2. NG 장치의 최적화 및 특성 평가2. Optimization and characterization of NG devices
2*2 cm의 활성영역을 갖는 Al/BT/ITO NGs를 BT NPs의 함량을 각각 5, 10, 및 20 w/v%로 제조하였다. 각각의 NGs의 Voc 와 Isc 는 도 3의 (a)와 도 8에 각각 나타냈다. BT 농도가 증가할수록, NG 출력 전압과 전류는 선형 특성을 보였다 (도 3의 (a) 참고). 20% w/v와 같이 높은 함량의 BT NPs을 함유하는 NG는 더 낮은 BT NPs을 함유하는 NG와 비교해서 더 높은 성능을 보였고, 피크-피크 Voc 는 약 30 V로 나타났으며(도 3의 (b) 참고), 피크-피크 Isc 는 약 340 nA로 나타났다(도 3의 (c) 참고).Al / BT / ITO NGs with 2 * 2 cm active area were prepared with BT NPs contents of 5, 10, and 20 w / v%, respectively. Voc and Isc of each NGs are shown in Fig. 3 (a) and Fig. 8, respectively. As the BT concentration increased, the NG output voltage and current showed a linear characteristic (see Fig. 3 (a)). NG with high content of BT NPs such as 20% w / v showed higher performance compared to NG with lower BT NPs and peak-to-peak Voc of about 30 V (FIG. 3 (b)), and the peak-peak Isc was about 340 nA (see Fig. 3 (c)).
주기적인 압축 하중(F = 0.2 N)을 적용하는 프로그램된 선형 모터를 적용하여 나노제너레이터의 전기적 출력을 측정했다. 이 힘이 두께가 50 μm 이하인 BT 필름을 포함하는 Al/BT/ITO 나노제너레이터에 수직으로 적용되었을 때에, 출력 전압은 약 30 V로 나타났고(도 3의 (b) 참고, 삽입된 그림은 단일 피크-피크 전압 그래프를 확대한 것), 그리고 출력 전류는 약 340 nA인 것으로 나타났다(피크-피크 값).The electrical output of the nano-generator was measured by applying a programmed linear motor applying a periodic compressive load (F = 0.2 N). When this force was applied vertically to an Al / BT / ITO nano-generator including a BT film having a thickness of 50 μm or less, the output voltage was about 30 V (see FIG. 3 (b) Peak-to-peak voltage graph), and the output current was about 340 nA (peak-to-peak value).
NG 장치의 폴링 조건은, 15 h(시간) 동안 5 kV의 전기장에서 최적화되었다. NG (20% w/v)의 압전 출력을 폴링 전과 후로 비교하였고(미도시), BT NPs의 유전체 극(dielectric poles)의 배향이 적용한 전기장에 의해 진행되었음을 확인할 수 있었으며, 따라서 향상된 압전위가 나타나게 된다.The poling condition of the NG device was optimized for an electric field of 5 kV for 15 h (time). The piezoelectric output of NG (20% w / v) was compared before and after the polling (not shown), confirming that the orientation of the dielectric poles of BT NPs was driven by the applied electric field, do.
이 장치(20% w/v)에서 기인하는 압전위는 9개의 녹색 LED를 킬 수 있을 정도이며(도 3의 (b) 삽입 사진 참고), 저전력 전자장치나 센서를 구동하기 위한 잠재적 에너지원으로써 가능성을 확인시켜주는 결과이며, 동시에 활성 바이오센싱 장치로의 적용 가능성도 보여준다.The piezoelectric topology resulting from this device (20% w / v) is such that it can hit nine green LEDs (see the inset in Figure 3 (b)) as a potential source of energy for driving low- It also shows the applicability to an active biosensing device.
나아가, 이러한 NG는 0.2 N 의 기계적 부하 하에서 600초 이상 반복 작동하여도 약 30 V의 안정적인 출력전압을 보여주는데(도 3의 (d) 참고), 이는 장치의 안정성을 확인시켜주는 결과이다.Furthermore, this NG shows a stable output voltage of about 30 V (see Fig. 3 (d)) even after repeated operation for more than 600 seconds under a mechanical load of 0.2 N, which is a result of confirming the stability of the device.
극성 스위칭 테스트는 출력 전기 신호가 NG에서 기인하는 것으로 측정을 위한 장치나 장비와의 전기적 상호작용에 의한 것이 아님을 보여준다. 장치가 반대로 연결되었을 때 정 반대의 출력 신호가 관찰되는 것도 확인되었다(미도시). 또한, PNG 상에 시간 의존적으로 4 가지 다른 가속도를 갖는 압축력을 가하거나 감소시키는 힘을 가하였을 때[0.1 ms-2 (F=0.2N), 1 ms-2 (F=2N), 5 ms-2 (F=10N) 및 10 ms-2 (F=20N)], 장치가 이에 대응하는 출력 전압을 보여준다는 것을 확인했다. 가속도가 올라갈수록 피크 진폭과 진동수는 늘어났다.The polarity switching test shows that the output electrical signal is due to NG and is not due to electrical interaction with the device or equipment for measurement. It was also confirmed that when the device was connected in reverse, an opposite output signal was observed (not shown). Further, in a time-dependent on a PNG 4 things when the compression force with different or although an acceleration force to reduce [0.1 ms -2 (F = 0.2N ), 1 ms -2 (F = 2N), 5 ms - 2 (F = 10 N) and 10 ms -2 (F = 20 N), the device shows the corresponding output voltage. The peak amplitude and frequency increased as the acceleration increased.
사이클의 수(n: sinusoidal waves)는 가속의 증가와 함께 늘어난다는 것을 확인할 수 있었다(미도시). 이는 PNG 상에 가압 또는 감압 부하의 시간 의존성을 보여준다. 이런 가속들 중에서, 0.1 ms-2 (F=0.2N)에서의 장치가 피크 패턴 거동과 일정 시간 동안의 균일성 등의 측면에서, 센서와 에너지 하베스터의 기능을 동시에 갖는 자가전력 센서로서 적용하고자 하는 본 연구의 목정게 가장 적합한 특성을 보여주었다. 따라서, 이 가속 조건이 이번 연구에서 가장 적합한 가속도로 평가되었다.The number of cycles (n: sinusoidal waves) was found to increase with increasing acceleration (not shown). This shows the time dependence of the pressure or decompression load on the PNG. Of these accelerations, the device at 0.1 ms -2 (F = 0.2N) is intended to be applied as a self-powered sensor with both sensor and energy harvester functions in terms of peak pattern behavior and uniformity over time The results of this study showed the most suitable characteristics. Therefore, this acceleration condition was evaluated as the most appropriate acceleration in this study.
3. 자가전력/활성 글루코오스 센서3. Self-powered / active glucose sensor
제조된 Al/BT/ITO NG로부터 형성된 출력 전압(압전위)는 전력원으로써 작용할 뿐만 아니라 바이오센싱 신호로써도 작동한다. 따라서, NG는 두 가지 기능을 동시에 갖는데, 그 첫째는 전력원(압전 출력을 생산할 수 있는), 그리고 그 둘째는 바이오센서로써의 역할(NG의 출력이 화학흡착된 글루코오스 입자의 측정이기도 하므로)이다.The output voltage (above piezoelectric) formed from the fabricated Al / BT / ITO NG acts not only as a power source but also as a biosensing signal. Thus, NG has two functions at the same time, the first being the power source (which can produce the piezoelectric output) and the second being the biosensor (since the output of NG is also the measurement of the chemisorbed glucose particles) .
각기 다른 농도의 글루코오스의 조건 하에서 측정된 장치의 압전위는, 글루코오스 검출을 위한 바이오센싱 신호로써 적용될 수 있다. 글루코오스 연구에서 선형 농도 범위로 나타난 것은 0 내지 800 μM의 범위이었다. 글루코오스가 없는 상태에서, 압축력이 가해질 경우 압전출력은 약 30 V로 나타났다. 또한, 10 μM 글루코오스 추가와 함께, NG의 압전 출력 전압은 감소하였고, 글루코오스가 추가될수록 출력 전압 감소가 계속되었다. 장치의 압전출력전압은 글루코오스 농도에 선형적으로 감소한다는 점을 확인했다.The piezoelectric threshold of the device, measured under conditions of different concentrations of glucose, can be applied as a biosensing signal for glucose detection. In the Glucose study, linear ranges ranged from 0 to 800 μM. In the absence of glucose, the piezoelectric output was about 30 V when compressive force was applied. In addition, with the addition of 10 μM glucose, the piezoelectric output voltage of NG was reduced, and output voltage reduction continued as glucose was added. The device's piezoelectric output voltage was found to decrease linearly with the glucose concentration.
글루코오스 용액은 장치의 일면에 위치하는 BT 필름의 미세한 연결선으로 들어가고, 모세관현상을 통해 장치 전체로 퍼져간다. 사용된 글루코오스 용액의 양은 50 μl이고, 정체나 합선의 문제는 발생시키지 않았다. 또한, 글루코오스 용액을 추가한 후, 장치는 37°C에서 15분 동안 건조되었는데, 용액과 전극 사이의 접촉에 의한 합선이 발생하지 않게 하기 위함이었다. 이 15분이라는 시간은 이번 실험 조건에서 장치가 글루코오스 용액에 충분히 침지되지 않도록 하는데 충분한 시간이었고, 완전한 건조를 위해서는 1시간 이상의 건조과정이 필요했다. 이 이후, 측정이 수행되었고, 장치는 선형 모터를 이용해 가압 또는 감압의 과정을 진행했다.The glucose solution enters the fine connection of the BT film located on one side of the device and spreads through the device through capillary action. The amount of glucose solution used was 50 μl and did not cause stagnation or short-circuit problems. In addition, after addition of the glucose solution, the device was dried at 37 ° C for 15 minutes in order to avoid short circuit due to contact between the solution and the electrode. This time of 15 minutes was sufficient to ensure that the device was not sufficiently immersed in the glucose solution under this experimental condition, and a drying process of more than one hour was required for complete drying. Thereafter, measurements were performed, and the device underwent a process of pressurization or depressurization using a linear motor.
글루코오스 농도가 10 μM, 200 μM, 400 μM, 600 μM, 그리고 800 μM 이었을 때에, 압전 출력 전압은 각각 29 V, 22 V, 13.5 V, 6 V, 및 0.4 V으로 나타났다(도 3의 (e) 참고).When the glucose concentrations were 10 μM, 200 μM, 400 μM, 600 μM and 800 μM, the piezoelectric output voltages were 29 V, 22 V, 13.5 V, 6 V and 0.4 V, respectively Reference).
도 3의 (e)로부터 얻어지는 검량 곡선은 Y = A + B × X 라는 식을 만족하는데, 여기서 A = 29.41003, B = -0.03762, 그리고 R2 = 0.9961이다(도 4의 (a) 참고). 실험적 검출 한계(LOD)는 10 μM이다. 글루코오스 농도에 따른 전압 변화 기능 기반 자가전원 활성 바이오센서의 반응은 아래 식으로 계산될 수 있다.The calibration curve obtained from FIG. 3 (e) satisfies the equation Y = A + B X, where A = 29.41003, B = -0.03762, and R 2 = 0.9961 (see FIG. The experimental detection limit (LOD) is 10 μM. The response of the self-powered biosensor based on the voltage change function with glucose concentration can be calculated by the following equation.
(식 1) 
여기서, Vo와 Vi는 각각 글루코오스가 없을 때의 압전출력과 있을 경우의 압전 출력을 나타낸다. 기계적 부하가 F = 0.2 N인 조건에서 글루코오스 농도를 각각 10 μM, 200 μM, 400 μM, 600 μM, 그리고 800 μM로 적용하였을 때의 장치의 반응은 각각 3.3%, 26.6%, 55%, 80%, 그리고 98.6%로 나타났다.Here, V o and V i respectively represent the piezoelectric output when no glucose is present and the piezoelectric output when there is no glucose. When the glucose load was applied at 10 μM, 200 μM, 400 μM, 600 μM and 800 μM at the mechanical loading of F = 0.2 N, the responses of the devices were 3.3%, 26.6%, 55% and 80% , And 98.6% respectively.
도 4의 (b)의 반응곡선의 기울기로부터 민감도(sensitivity)를 계산할 수 있었고, 글루코오스 농도 μM당 장치의 변화를 설명한다. 계산된 민감도는 0.125 (즉, 글루코오스 농도 125 mV/ μM 이하)이고, 도 12에서 보인 117 mV (8 bit ADC)인 활성 센서의 피크감도와 일치하는 결과이다. 따라서, 이번 실험에 적용한 활성센서로 수직범위 30 V, 125 mV의 전압 변화라는 이상적인 감도를 얻을 수 있다. The sensitivity can be calculated from the slope of the response curve of Fig. 4 (b), and the change of the device per μM of glucose concentration is explained. The calculated sensitivity is 0.125 (i.e., the glucose concentration is 125 mV / [mu] M or less), which corresponds to the peak sensitivity of the active sensor of 117 mV (8 bit ADC) Therefore, an active sensor applied to this experiment can achieve an ideal sensitivity of a voltage range of 30 mV and 125 mV in the vertical range.
4. 활성 글루코오스 센서로써 Al/BT/ITO NG의 작동 메커니즘4. Operation mechanism of Al / BT / ITO NG as active glucose sensor
외력 없이 압전위는 형성되지 않는다(도 5의 (a) 참고).A piezoelectric stomach is not formed without an external force (see Fig. 5 (a)).
BT NPs 내에 유전체의 극이 배향된 것에 의하여 BT 필름 기반 NG에 수직으로 압축력이 적용되면, 기계적 힘은 전기적 힘으로 전환되고, 압전위(piezoelectric potential)가 형성된다.When vertical forces are applied to the BT film-based NG by the orientation of the poles in the dielectric within the BT NPs, the mechanical forces are converted to electrical forces and a piezoelectric potential is formed.
필름의 양면에 형성된 압전위는 결과적으로 상부 전극과 하부 전극에 정전력의 결과인 유도 전하를 유도한다. 전극들 사이의 전위 차이는 외부회로를 통해 전하의 일시적인 흐름을 만들어내며, 주기적 기계적 변형에 반응한다(도 5의 (b) 참고). NG의 압전출력은, 아래 식 2와 식 3으로 표현되는 압전계수(piezoelectric coefficient, d 33 )에 의존한다.The piezoelectric topologies formed on both sides of the film result in induced charges that are the result of electrostatic forces on the top and bottom electrodes. The potential difference between the electrodes creates a temporary flow of charge through the external circuit and responds to periodic mechanical strain (see FIG. 5 (b)). The piezoelectric output of NG depends on the piezoelectric coefficient d 33 expressed by Equation 2 and Equation 3 below.
(식 2) 
(식 3) (Equation 3)
여기서, Voc은 개회로전압(open circuit voltage), d 33 은 재료의 압전계수(piezoelectric coefficient), σ은 압력(수직방향), Y는 영률(Young's modulus), T는 장치의 두께, K는 비투전율(relative permittivity), εo는 자유 공간에서의 유전율), Isc 은 단락전류(short-circuit current), g 33 은 압전압상수(piezoelectric voltage constant, 
BT 필름 내의 자유이동체 밀도변화는, 계면에서 압전 편극 전하의 차폐 효과에 의하여 NG의 압전 출력에 영향을 미칠 수 있다. BT 필름의 전자 밀도는 생체분자의 흡착에 의하여 영향을 받을 것이고, 순차로 국소 전기장을 형성할 수 있으며, 압전계(piezoelectric field)의 차폐 정도를 상당히 변화시킬 수 있다.The change in the density of free mobiles in the BT film can affect the piezoelectric output of NG due to the shielding effect of the piezoelectric polarization charge at the interface. The electron density of the BT film will be affected by the adsorption of biomolecules, can form a local electric field in turn, and can significantly change the degree of shielding of the piezoelectric field.
BT 필름 내에서 글루코오스 분자의 화학흡착은 전자 밀도를 증가시키고, 따라서 gate potential을 제공한다(도 5의 (c) 참고). 이러한 BT의 전도대 내에서의 자유이동체밀도 증가는 일단에 양이온성 압전하를 차단할 수 있고, 음이온성 압전하만을 남겨놓을 수 있어서, 압전출력을 줄이는 효과를 가져온다(도 5의 (d) 참고). 따라서, 글루코오스 분자의 서로 다른 농도에 따라서 압전 출력이 줄어들 수 있고, 이는 늘어나는 전하 밀도에 의한 것이며, 따라서 바이오센싱 신호로써 활용될 수 있다. The chemisorption of glucose molecules in the BT film increases the electron density and thus provides a gate potential (cf. Increasing the density of free mobiles in the conduction band of the BT can block the cationic piezoelectric charge at one end and leave the anionic piezoelectric hammers, thereby reducing the piezoelectric output (see FIG. 5 (d)). Thus, depending on the different concentrations of glucose molecules, the piezoelectric output can be reduced, which is due to the increased charge density, and thus can be utilized as a biosensing signal.
전하이동체 밀도의 변화는 I-V (current-voltage) 연구를 통해 BT 필름의 저항 내에서 변화하는 것에 의하여 직접적으로 접근할 수 있다. 글루코오스 분자는 BT NP 필름에서 e-을 방출하고, 이는 필름의 전하이동체밀도를 증가시킬 것이며, 그 결과 drain side(
글루코오스 분자는 루이스 염기 자리(Lewis base site, OH group)를 갖고, 반면에 BT NP 필름은 루이스 산(Lewis acids)인 Ba2+ 과 Ti4+ 이온을 갖는다. 루이스 염기(OH groups)는 루이스 산(Ba2+ 및 Ti4+)과 반응하고, 전하(e-)를 방출하며, 글루코오스 분자가 BT NPs에 화학흡착하도록 유도한다. 이때, 글르코오즈는 산화되고, 전하를 방출한다. BT 필름(루이스 산)의 표면 상에 있는 글루코오스 분자(루이스 염기)는 gate potential을 제공하고, 전계효과는 결국 BT 필름 내의 전하이동체밀도(electrons)에 영향을 미친다(도 5의 (c) 참고). 이는 압전 출력의 자유이동체 차폐 효과를 변화시킨다(도 5의 (d) 참고).Glucose molecules have a Lewis base site (OH group), while BT NP films have Ba 2+ and Ti 4+ ions, Lewis acids. OH groups react with Lewis acids (Ba 2+ and Ti 4+ ), release charge (e - ), and induce the glucose molecule to chemosorb the BT NPs. At this time, the glycosose is oxidized and the charge is released. The glucose molecule (Lewis base) on the surface of the BT film (Lewis acid) provides the gate potential, and the field effect eventually affects the charge carrier density (electrons) in the BT film (see Figure 5 (c)) . This changes the free moving object shielding effect of the piezoelectric output (see (d) of FIG. 5).
글루코오스 입자에 대한 활성 NG의 반응은, Ag-BT-Ag 장치의 I-V 특성과 유사하며, NG 장치((Al-BT-ITO))의 전형적인 MSM 구조를 보인다. BT 필름의 자유이동체 밀도는 글루코오스 농도 증가에 따라 증가하며, 따라사 글루코오스 센싱 저옵를 담고 있는 NG의 압전출력은 감소한다. The reaction of the activity NG to the glucose particles is similar to the IV characteristic of the Ag-BT-Ag device and shows a typical MSM structure of the NG device (Al-BT-ITO). The density of free moieties in BT films increases with increasing glucose concentration, and the piezoelectric output of NG containing the glucose sensing hypothesis decreases.
5. 간섭특성 연구5. Study of interference characteristics
센서의 특이성을, 간섭제로써 1 mM UA(uric acid), AA(ascorbic acid), 그리고 Gal(galactose)를 활용한 간섭연구를 통해 확인했다. 글루코오스의 정상적인 생리학적 농도(3-8 mM)는 간섭제들의 농도(0.1 mM)와 비교하여 상당히 높았다. 글르코오즈 1 mM과 간섭제 1 mM가 존재할 경우의 NG 압전출력전압을 도 6의 (a)에 나타냈다. 생체분자가 없는 상태로 측정된 NG의 압전출력전압은 약 30 V(peak-to-peak)이었고, UA, AA, Gal, 및 Glu가 존재하는 경우에는 각각 약 32 V, 약 24 V, 약 31 V, 및 약 0.28 V으로 나타났다.The specificity of the sensor was confirmed by interference studies using 1 mM UA (uric acid), AA (ascorbic acid), and Gal (galactose) as interfering agents. The normal physiological concentration of glucose (3-8 mM) was significantly higher than the concentration of interferents (0.1 mM). Fig. 6 (a) shows the NG piezoelectric output voltage when 1 mM of glucoose and 1 mM of interference is present. In the presence of UA, AA, Gal, and Glu, the piezoelectric output voltage of NG was about 30 V (peak-to-peak) V, and about 0.28 V, respectively.
간섭제들의 존재 하에서 나노발전기의 압전출력은 눈에 띄도록 변화하지는 않았으나, 글르코오즈의 경우에는 상당한 변화가 있었다(potential drop). 따라서, 더 높은 농도의 간섭제(1mM)를 적용하더라도 간섭제에 대한 장치의 반응은 글루코오스에 대한 장치의 반응과 비교해사 무시할 수 있을 정도였다. 장치(활성 센서)는 글루코오스에 대해 99% 반응을 보였고, UA에는 6.8%, AA에는 17.2%, 그리고 Gal에는 3.4%의 반응을 보였다(도 6의 (b) 참고).In the presence of interferents, the piezoelectric output of the nanodevice did not change noticeably, but there was a significant drop in the case of glycosides. Therefore, even if a higher concentration of interfering agent (1 mM) was applied, the response of the device to the interfering agent was negligible compared to the response of the device to glucose. The device (active sensor) showed 99% response to glucose, 6.8% for UA, 17.2% for AA and 3.4% for Gal (see FIG. 6 (b)).
본 실험에서 제안된 센서는 글루코오스에 대해 높은 선택도를 보이고, 이는 간섭제의 존재 하에서도 동일한 우수한 효과를 보였다.The proposed sensor showed high selectivity for glucose, which showed the same excellent effect even in the presence of an interfering agent.
위의 실험에서, BT 필름 기반 NG를 에너지 하베스팅과 바이오센싱에 적용했다. 글루코오스 생체분자를 센싱하는 BT 필름 기반 PNG로써 최초의 보고이며, 간단하고 새로운 장치 구조로 진단 분야에서 "압전기반 바이오센싱"이라는 새로운 지평을 연 결과이다. 장치로부터의 압전 출력신호는 바이오센싱 신호를 동시에 담고 있으므로, 나노발전기로써 그리고 바이오센서로써 두 가지 기능성을 동시에 갖는다. 실시예에서 시험한 이 활성 글루코오스 센서는 10 μM의 LOD를 갖고, 글루코오스에 대한 높은 선택도도 갖는다. 나노발전기의 압전 출력 상에 생체 분자의 흡착에서 기인하는 전하 운반체의 차폐 효과는 바이오 센싱이라는 기술분야에서 새로운 접근이었다.In the above experiment, BT film-based NG was applied to energy harvesting and biosensing. It is the first report of BT film-based PNG sensing glucose biomolecules, and it is the result of opening a new horizon of "piezo-based biosensing" in diagnostics with a simple new structure. Since the piezoelectric output signal from the device contains the biosensing signal at the same time, it has two functions simultaneously as a nano generator and a biosensor. This active glucose sensor tested in the examples has an LOD of 10 [mu] M and has high selectivity for glucose. The shielding effect of the charge carriers caused by the adsorption of biomolecules onto the piezoelectric output of a nano generator was a new approach in the field of biosensing.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
Claims (9)
상기 활성층은 BaTiO3을 함유하는 BT 필름으로, 기계적 부하에 따라 전기적 신호를 형성하며, 상기 전기적 신호 값은 상기 활성층에 화학흡착되는 글루코오스의 농도에 따라 변화하는 것인, 자가전력 글루코오스 센서.And an active layer disposed between the first electrode layer and the second electrode layer,
Wherein the active layer is a BT film containing BaTiO 3 and forms an electrical signal according to a mechanical load, the electrical signal value varying with the concentration of glucose chemisorbed in the active layer.
상기 활성층에 포함되는 BaTiO3는 정방정계 나노입자인, 자가전력 글루코오스 센서.The method according to claim 1,
Wherein the BaTiO 3 contained in the active layer is a tetragonal nanoparticle.
상기 활성층은 그 두께가 100 ㎛ 이하인, 자가전력 글루코오스 센서.The method according to claim 1,
Wherein the active layer has a thickness of 100 [mu] m or less.
상기 자가전력 글루코오스 센서는 기계적 부하 하에서 형성되는 자가전력의 전기적 신호를 기준으로 상기 활성층에 흡수된 용액 내의 검출범위의 글루코오스 농도에 따라 변화된 전기적 신호를 측정 결과로 표시하는 표시부를 더 포함하는 것인, 자가전력 글루코오스 센서.The method according to claim 1,
Wherein the self-powered glucose sensor further comprises a display unit for displaying an electrical signal, which is changed according to a glucose concentration in a detection range in a solution absorbed in the active layer, based on an electrical signal of self-power formed under a mechanical load, Self-powered glucose sensor.
상기 글루코오스의 농도는 1,000 μM이하의 범위인, 자가전력 글루코오스 센서.The method according to claim 1,
Wherein the concentration of the glucose is in the range of 1,000 μM or less.
상기 화학흡착된 센서에 기계적 부하를 가하여 유도되는 압전력에 따라 발생하는 전기적 신호를 측정 결과로 표시하는 표시단계;를 포함하는, 자가전력 글루코오스 센서를 이용한 글루코오스 농도의 검출방법.A sample contacting step of contacting a sample for glucose concentration measurement with a glucose sensor including an active layer positioned between the first electrode layer and the second electrode layer to prepare a sensor in which glucose molecules are chemically adsorbed on the active layer; And
And a display step of displaying an electrical signal generated as a result of measurement by applying a mechanical load to the chemically adsorbed sensor.
상기 표시단계에서 상기 전기적 신호는 미리 정해진 계산값에 따라 글루코오스 농도로 환산되어 표시되는 것인, 자가전력 글루코오스 센서를 이용한 글루코오스 농도의 검출방법.The method according to claim 6,
Wherein the electrical signal is displayed in terms of a glucose concentration according to a predetermined calculation value in the display step.
상기 활성층의 BT 필름은 BaTiO3는 정방정계 나노입자를 필름 형태로 제조한 것으로, 13 내지 17 시간 동안 4 내지 6 kV의 전기장에서 폴링처리가 된 것인, 자가전력 글루코오스 센서를 이용한 글루코오스 농도의 검출방법.The method according to claim 6,
The BT film of the active layer was BaTiO 3 , which was prepared in the form of a film of tetragonal nanoparticles and polled at an electric field of 4 to 6 kV for 13 to 17 hours. The detection of the glucose concentration using the self-powered glucose sensor Way.
상기 표시단계의 기계적 부하는 0.1 내지 2 N의 힘을 0.05 내지 1 ms-2의 가속도로 적용한 것인, 자가전력 글루코오스 센서를 이용한 글루코오스 농도의 검출방법.The method according to claim 6,
The, self-detecting method of the glucose concentration by the glucose sensor mechanical power load of the display step is to apply a force of 0.1 to 2 N in the range of 0.05 to 1 ms -2 acceleration.
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| 'Direct detection of cysteine using functionalized BaTiO3 nanoparticles film...', Sophia Selvarajan 외, Biosensors and Bioelectronics, 91(2017) (2016.12.06.) * |
| Sensors and Actuators B 234 (2016) 395-403, BaTiO3 nanoparticles as biomaterial film for self-powered glucosesensor application |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114018446A (en) * | 2021-11-01 | 2022-02-08 | 安徽大学 | Partially degradable self-powered pressure sensor, preparation method and test circuit thereof |
| CN114018446B (en) * | 2021-11-01 | 2024-02-13 | 安徽大学 | Partially degradable self-powered pressure sensor, preparation method and test circuit thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102053457B1 (en) | 2019-12-06 |
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