KR20190103718A - Boronic acid-carbon dot complex having selective detection properties of dopamine, a method for producing the same, and a dopamine biosensor using the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a boronic acid-carbon dot complex which can detect the presence of dopamine by changing the fluorescent color, and can easily detect dopamine with the naked eye using the fluorescent color that emits light by detecting an amount of dopamine through a change in photosensitivity of color; a preparation method thereof; and a dopamine biosensor using the same.

Description

도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 보론산-카본닷 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 도파민 바이오센서 {Boronic acid-carbon dot complex having selective detection properties of dopamine, a method for producing the same, and a dopamine biosensor using the same}Boronic acid-carbon dot complex having selective detection properties of dopamine, a method for producing the same, and a dopamine biosensor using the same}

본 발명은 도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 보론산-카본닷 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 도파민 바이오센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 형광 색상 변경을 통해 도파민의 존재를 감지할 수 있고, 색상의 감광도 변화를 통해 도파민의 양을 감지하여 발광하는 형광색을 통해 육안으로 용이하게 도파민을 검출할 수 있는 보론산-카본닷 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 도파민 바이오센서에 관한 것이다.The present invention relates to a boronic acid-carbon dot complex having a selective detection property of dopamine, a method for preparing the same, and a dopamine biosensor using the same. More specifically, the presence of dopamine can be detected by changing the fluorescence color, and The present invention relates to a boronic acid-carbondot complex which can easily detect dopamine with the naked eye through a fluorescent color that senses the amount of dopamine by changing the photosensitivity, and a preparation method thereof and a dopamine biosensor using the same.

도파민(Dopamine, DA)은 카테콜아민(Catecholamine) 계열의 신경전달물질로서, 호르몬, 신장, 심근 및 중추신경계의 기능에서 중요한 역할을 하는 것으로 잘 알려져 있다. 중추신경계에서 도파민의 비정상적인 수준은 정신 분열증, 간질, 파킨슨병, 주의력 결핍 장애, 과다활동 장애 등 여러 신경 질환의 주요 원인으로 연루된다.Dopamine (Dopamine, DA) is a catecholamine family neurotransmitter, and is known to play an important role in the function of hormones, kidneys, myocardium and the central nervous system. Abnormal levels of dopamine in the central nervous system have been implicated as a major cause of several neurological disorders, including schizophrenia, epilepsy, Parkinson's disease, attention deficit disorder, and hyperactivity disorder.

혈액이나 소변에서의 도파민 함량은 신경 질환에 대한 의학 진단에서 중요한 바이오 마커(Marker)이지만, 생체 내에서 도파민의 농도는 매우 낮다. 예를 들면, 중추신경계의 세포 외 체액 내의 도파민 농도는 100nM 미만이다. 더욱이, 도파민의 농도는 시간 및 위치에 따라 1.0×10-7M 내지 1.0×10-3M로 매우 광범위하게 변한다.Dopamine content in blood or urine is an important biomarker in medical diagnosis of neurological diseases, but the concentration of dopamine in vivo is very low. For example, the concentration of dopamine in extracellular fluid of the central nervous system is less than 100 nM. Moreover, the concentration of dopamine varies very widely from 1.0 × 10 −7 M to 1.0 × 10 −3 M over time and location.

일반적으로 도파민의 검출에 사용되는 기술로는 면역분석법, 분광광도법 및 크로마토그래피, 전기화학적 방법 등이 있으나, 크로마토그래피의 경우 스펙트럼 분해능이 제한되고 매우 많은 시간이 소모되며, 전기화학적 방법은 유사한 산화 환원 전위를 갖는 분석물로부터 간섭을 받아 매우 낮은 농도의 도파민을 검출하는데에 한계가 있었다.In general, the techniques used for the detection of dopamine include immunoassay, spectrophotometry, chromatography, and electrochemical methods, but in the case of chromatography, spectral resolution is limited and very time consuming, and electrochemical methods are similar to redox. There was a limit in detecting very low concentrations of dopamine due to interference from the analyte with the potential.

한편, 형광물질에는 양자점(Quantum dot)과 탄소나노입자(Carbon dot)와 같은 나노 크기의 형광물질이 적용되었다. 양자점의 경우 우수한 광학 특성을 가져 생물학적 응용분야에서 집중적으로 연구되어 왔으나, 독성, 환경적 위험성, 자외선 광 여기가 쉽고, 광 변색되거나 화학적으로 불안정한 문제점이 있다.On the other hand, the fluorescent material is a nano-sized fluorescent material such as quantum dot (quantum dot) and carbon nanoparticles (Carbon dot). Quantum dots have been studied intensively in biological applications because of their excellent optical properties, but there are problems of toxicity, environmental hazards, UV light excitation, photochromic or chemical instability.

반면에 탄소나노입자는 물에 대한 용해도가 우수하고, 강한 발광성, 높은 생체적합성, 표면 기능화의 용이성, 장기간의 광 변색 방지 및 비용이 저렴한 장점이 있으나, 탄소나노입자 수용액을 이용할 경우 안정성을 장시간 유지하지 못하고, 고체 시스템에 비해 보관이 용이하지 못하며, 사용이 편리하지 않은 한계를 갖는다.On the other hand, carbon nanoparticles have excellent solubility in water, strong luminescence, high biocompatibility, ease of surface functionalization, long-term photo discoloration prevention, and low cost. However, carbon nanoparticle aqueous solution maintains stability for a long time. It is not easy to store, compared to solid systems, and has limitations that are not easy to use.

이에 따라, 본 발명자들은 이러한 점을 착안하여 안정성, 도파민 선택성 및 검출성능이 우수하고, 장기간 보관이 가능하며, 사용이 편리한 도파민 바이오센서를 제공하고자 노력하여 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the inventors of the present invention have completed the present invention in an effort to provide a dopamine biosensor having excellent stability, dopamine selectivity and detection performance, long-term storage, and ease of use.

KRKR 10-176400510-1764005 B1B1 KRKR 10-106931010-1069310 B1B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 보론산-카본닷 복합체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 도파민 바이오센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a boronic acid-carbon dot complex having a selective detection properties of dopamine, a preparation method thereof and a dopamine biosensor using the same.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, other objects that are not mentioned will be clearly understood from the following description.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 보론산-카본닷 복합체는 디아크릴레이트(diacrylate)계 폴리머 및 단당류로 표면 개질된 카본닷; 및 상기 카본닷의 작용기와 결합되며, 하기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산(aminophenylboronic acid);을 포함한다.Boronic acid-carbon dot composite having a selective detection characteristic of dopamine according to the present invention for achieving the above object is a carbon dot surface modified with a diacrylate-based polymer and a monosaccharide; It is combined with the functional group of the carbon dot, aminophenylboronic acid represented by the following formula (1); includes.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

또한, 본 발명에 따른 도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 보론산-카본닷 복합체의 제조방법은 (1) 디아크릴레이트(diacrylate)계 폴리머 및 단당류를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 용매열합성 반응시켜 표면 개질된 카본닷을 준비하는 단계; 및 (2) 상기 표면 개질된 카본닷, 하기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산(aminophenylboronic acid) 및 가교제를 혼합하고 반응시켜 보론산-카본닷 복합체를 완성하는 단계;를 포함한다.In addition, according to the present invention, a method for preparing a boronic acid-carbon dot complex having selective detection properties of dopamine is prepared by (1) preparing a mixture comprising a diacrylate-based polymer and a monosaccharide, and subjecting the mixture to solvent-thermal synthesis. Reacting to prepare a surface-modified carbon dot; And (2) mixing and reacting the surface-modified carbon dot, aminophenylboronic acid represented by the following Formula 1, and a crosslinking agent to complete the boronic acid-carbon dot complex.

또한, 본 발명에 따른 도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 보론산-카본닷 복합체를 이용한 도파민 바이오센서는 -COOH 또는 -OH 작용기와, 아크릴 작용기가 말단에 도입된 카본닷 및 -NH2 작용기가 말단에 도입되어 상기 카본닷의 -COOH 또는 -OH 작용기와 화학 결합하며, 하기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산을 포함하는 보론산-카본닷 복합체; 및 메타크릴레이트(methacrylate)계 폴리머로 관능화되어 표면에 아크릴 작용기가 도입된 기재부;를 포함하고, 상기 보론산-카본닷 복합체 및 기재부의 아크릴 작용기 간 반응을 통해 상기 기재부에 보론산-카본닷 복합체가 고정화되는 것을 특징으로 한다.In addition, the dopamine biosensor using boronic acid-carbon dot complex having selective detection properties of dopamine according to the present invention has -COOH or -OH functional group, and carbon dot and -NH 2 functional group in which acrylic functional group is introduced at the terminal. A boronic acid-carbondot complex introduced and chemically bonded to the —COOH or —OH functional group of the carbon dot, and including aminophenylboronic acid represented by the following Formula 1; And a base portion functionalized with a methacrylate-based polymer and having an acrylic functional group introduced to the surface thereof, wherein the boronic acid-carbon dot complex and the boron acid-based reaction are reacted between the acrylic functional groups of the base portion. It is characterized in that the carbon dot composite is immobilized.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 보론산-카본닷 복합체는 형광 발광 성질이 있는 카본닷 및 도파민과 결합 가능한 아미노페닐보론산을 포함함으로써, 도파민의 존재 및 양이 감지되어 발광하는 형광색을 통해 육안으로 용이하게 도파민 존재 및 양을 확인할 수 있는 효과가 있다.By solving the above problems, the boronic acid-carbon dot complex of the present invention includes carbon dot having fluorescent properties and aminophenyl boronic acid which can be combined with dopamine, thereby detecting the presence and amount of dopamine and emitting fluorescent color. Through the naked eye there is an effect that can easily determine the presence and amount of dopamine.

또한, 본 발명의 보론산-카본닷 복합체의 제조방법은 용매열합성 반응을 통해 표면 개질된 카본닷을 합성하고, 상기 카본닷과 아미노페닐보론산을 커플링 반응시킴으로써, 간단한 공정으로 도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 복합체를 용이하게 합성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the method of preparing the boronic acid-carbon dot composite of the present invention synthesizes the surface-modified carbon dot through a solvent thermal synthesis reaction, and the coupling reaction of the carbon dot and aminophenyl boronic acid, selective dopamine in a simple process There is an effect that can easily synthesize a complex having a detection characteristic.

한편, 본 발명의 보론산-카본닷 복합체를 이용한 도파민 바이오센서는 보론산-카본닷 복합체의 아크릴 작용기를 통해 아크릴 작용기가 도입된 기재부에 용이하게 고정될 수 있으므로, 결합력 및 안정성이 우수하여 필름, 유리 등 박막 기반 바이오센서에 활용할 수 있는 효과가 있다. On the other hand, the dopamine biosensor using the boronic acid-carbon dot complex of the present invention can be easily fixed to the base portion into which the acrylic functional group is introduced through the acrylic functional group of the boronic acid-carbon dot complex, and thus has excellent bonding strength and stability. It can be used for thin film-based biosensors such as glass and glass.

또한, 본 발명의 보론산-카본닷 복합체를 이용한 도파민 바이오센서는 고체 상태이므로, 운반이 용이하고, 시간이 지나도 선택성 및 검출 성능이 떨어지지 않아 장기간 보관이 가능하며, 도파민을 용이하게 검출할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the dopamine biosensor using the boronic acid-carbon dot complex of the present invention is in a solid state, it is easy to transport, and selectivity and detection performance are not degraded over time, so that it can be stored for a long time, and dopamine can be easily detected. It works.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 BA-CD 복합체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도파민 바이오센서인 glass BA-CD의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 BA-CD의 구조를 확인하기 위한 도면으로서, (a)는 BA-CD 수용액(0.25mg/ml)의 DLS 스펙트럼이고, (b)는 TEM 이미지이고, (c)는 CD 및 BA-CD 수용액의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 4는 여기 파장에 따른 BA-CD 수용액(0.35mg/ml)의 형광성(Fluorescence) 및 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 5는 APBA 및 DA 간 보로네이트 에스테르 결합을 통한 보로네이트 에스테르 복합체의 형성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 APBA/DA 혼합 수용액의 형광 특성을 나타낸 도면으로서, (a)는 pH에 따른 APBA/DA 혼합 수용액(500uM/500uM)의 PL 스펙트럼이고(여기 파장: 360nm), (b)는 500mA에서 DA 또는 APBA의 농도가 고정되었을 때 APBA(검은색 원) 또는 DA(빨간색 사각형) 농도에 따른 APBA/DA 혼합 수용액의 PL 스펙트럼(여기 파장: 477nm)을 나타낸 것이다.
도 7은 APBA/DA 혼합 수용액의 PL 스펙트럼을 나타낸 것으로서, (a)는 APBA 농도(500uM)가 고정되었을 때 DA 농도에 따른 PL 스펙트럼이고, (b)는 DA 농도(500uM)가 고정되었을 때 APBA 농도에 따른 PL 스펙트럼이고, (c) 및 (d)는 동일한 농도로 혼합된 APBA/DA 혼합 수용액의 PL 스펙트럼 및 PL 강도(여기 파장: 477nm)를 나타낸 것이다.
도 8은 BA-CD 수용액의 농도에 따른 BA-CD/DA 혼합 수용액의 (a) PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm) 및 (b) PL 강도의 증가를 나타낸 것이다(여기 파장: 477nm).
도 9는 BA-CD 수용액의 DA 검출 성능을 평가하기 위한 도면으로서, (a) 및 (b)는 BA-CD 수용액의 농도에 따른 PL 강도 및 PL 스펙트럼 이미지이고, (c)는 BA-CD/DA 혼합 수용액을 477nm에서 여기시켰을 때의 PL 강도이며, (d)는 APBA, DA, APBA/DA 및 BA-CD/DA 수용액의 PL 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 10은 생체고분자들이 포함된 수용액을 (a) CD 수용액에 혼합한 혼합 수용액의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)과, (b) BA-CD 수용액에 혼합한 혼합 수용액의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)을 나타낸 것이다(상기 생체고분자들은 글루코오스, 락토오스, 아스코르빈산, 요소 및 도파민이고, 생체고분자 수용액의 최종 농도는 각각 0.25mg/ml 및 40uM로 조절되었다).
도 11은 생체고분자들이 포함된 수용액을 (a) CD 수용액에 혼합한 혼합액의 (F-F0)/F0(여기 파장: 477nm)과, (b) BA-CD 수용액에 혼합한 혼합 수용액의 (F-F0)/F0(여기 파장: 477nm)을 나타낸 것이다(생체고분자들은 글루코오스, 락토오스, 아스코르빈산, 요소 및 도파민이고, F 및 F0는 생체고분자들이 포함된 수용액을 첨가하기 전과 후의 PL 강도이며, 시험된 분석물의 최종 농도는 각각 0.25mg/ml 및 40uM로 조절되었다).
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 도파민 바이오센서인 glass BA-CD의 도파민 검출 성능을 평가하기 위한 도면으로서, (a)는 DA 수용액의 농도 별 glass BA-DA의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)이며, (b)는 서로 다른 형광 양자 수율(Φs)에 따른 이미지이고, (c)는 PL 강도(여기 파장: 477nm)을 나타낸 것이다.
도 13은 360nm에서 여기된 glass BA-CD를 생체고분자들의 수용액에 각각 투입한 후 477nm에서 여기시켰을 때의 (F-F0)/F0 및 이미지를 나타낸 것이다(생체고분자들은 (i)글루코오스, (ii)락토오스, (iii)아스코르빈산, (iv)요소, (v)요산 및 (vi)도파민이고, F 및 F0는 glass BA-CD가 투입되기 전과 후의 PL 강도이며, 생체고분자 수용액의 농도는 40uM이다).
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 도파민 바이오센서인 glass BA-CD의 안정성을 평가하기 위한 도면으로서, (a)는 도파민 수용액에 0주, 2주 및 4주 동안 각각 투입되었었던 glass BA-CD의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm) 및 이미지이고, (b)는 PL 강도(여기 파장: 477nm)를 나타낸 것이다.
도 15는 사람 혈청 내 도파민의 검출 성능을 평가한 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)으로서, (a)는 혈청이 첨가된 BA-CD 수용액, (b)는 혈청에 투입된 glass BA-CD의 PL 스펙트럼을 나타낸 것이다.
1 is a view schematically showing a method for producing a BA-CD composite according to an embodiment of the present invention.
2 is a view schematically showing a manufacturing method of glass BA-CD which is a dopamine biosensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for confirming the structure of BA-CD according to an embodiment of the present invention, (a) is a DLS spectrum of BA-CD aqueous solution (0.25mg / ml), (b) is a TEM image, (c) shows the FT-IR spectra of CD and BA-CD aqueous solutions.
4 shows the fluorescence and UV-Vis spectra of BA-CD aqueous solution (0.35 mg / ml) according to the excitation wavelength.
FIG. 5 schematically shows the formation of boronate ester complexes via boronate ester linkages between APBA and DA.
6 is a diagram showing the fluorescence characteristics of the APBA / DA mixed aqueous solution, (a) is the PL spectrum of the APBA / DA mixed aqueous solution (500uM / 500uM) according to pH (wavelength: 360nm), (b) at 500mA When the concentration of DA or APBA is fixed, the PL spectrum (excitation wavelength: 477 nm) of the APBA / DA mixed aqueous solution according to the concentration of APBA (black circle) or DA (red square) is shown.
Figure 7 shows the PL spectrum of the APBA / DA mixed aqueous solution, (a) is a PL spectrum according to the DA concentration when the APBA concentration (500uM) is fixed, (b) APBA when the DA concentration (500uM) is fixed It is PL spectrum according to concentration, and (c) and (d) show PL spectrum and PL intensity (excitation wavelength: 477 nm) of APBA / DA mixed aqueous solution mixed in the same concentration.
8 shows an increase in (a) PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm) and (b) PL intensity of BA-CD / DA mixed aqueous solution according to the concentration of aqueous solution of BA-CD (excitation wavelength: 477 nm).
9 is a diagram for evaluating DA detection performance of BA-CD aqueous solution, (a) and (b) are PL intensity and PL spectral image according to the concentration of BA-CD aqueous solution, (c) is BA-CD / It is PL intensity | strength when DA mixed aqueous solution is excited at 477 nm, (d) shows the PL spectrum of APBA, DA, APBA / DA, and BA-CD / DA aqueous solution.
Figure 10 shows the PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm) of the mixed aqueous solution containing (a) the aqueous solution containing biopolymers in the aqueous CD solution, and (b) the PL spectrum of the mixed aqueous solution mixed with the aqueous solution of BA-CD (excitation wavelength: 360 nm) (the biopolymers are glucose, lactose, ascorbic acid, urea and dopamine, and the final concentration of the aqueous biopolymer solution was adjusted to 0.25 mg / ml and 40 uM, respectively).
11 shows (FF 0 ) / F 0 (excitation wavelength: 477 nm) of the mixed solution of (a) the aqueous solution containing biopolymers and (b) the (FF) of the mixed aqueous solution mixed with the BA-CD aqueous solution. 0 ) / F 0 (excitation wavelength: 477 nm) (biopolymers are glucose, lactose, ascorbic acid, urea and dopamine, F and F 0 are PL intensities before and after addition of an aqueous solution containing biopolymers). Final concentrations of analytes tested were adjusted to 0.25 mg / ml and 40 uM, respectively).
12 is a view for evaluating the dopamine detection performance of the glass BA-CD, a dopamine biosensor according to an embodiment of the present invention, (a) is a PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm), (b) is an image according to different fluorescence quantum yields (Φs), and (c) shows PL intensity (excitation wavelength: 477 nm).
FIG. 13 shows (FF 0 ) / F 0 and images when the glass BA-CD excited at 360 nm was added to an aqueous solution of biopolymers and then excited at 477 nm (biopolymers were (i) glucose, (ii ) Lactose, (iii) ascorbic acid, (iv) urea, (v) uric acid and (vi) dopamine, F and F0 are PL strengths before and after glass BA-CD is injected, and the concentration of the aqueous biopolymer solution is 40 uM. to be).
14 is a view for evaluating the stability of the glass BA-CD, a dopamine biosensor according to an embodiment of the present invention, (a) is a glass BA that was added to the aqueous dopamine solution for 0 weeks, 2 weeks and 4 weeks, respectively -PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm) and image of -CD, (b) shows PL intensity (excitation wavelength: 477 nm).
FIG. 15 is a PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm) evaluating the detection performance of dopamine in human serum, (a) a BA-CD aqueous solution added with serum, and (b) a PL spectrum of glass BA-CD added to serum. It is shown.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to inform the full scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In this specification, the singular forms also include the plural unless specifically stated otherwise in the phrases.

이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 한편, 해당 기술분야의 통상적인 지식을 가진자로부터 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. On the other hand, illustrated and detailed description of the configuration and its operation and effects can be easily understood from those skilled in the art will be briefly or omitted and will be described in detail with respect to the parts related to the present invention.

본 발명의 일측면에 따르면, 디아크릴레이트(diacrylate)계 폴리머 및 단당류로 표면 개질된 카본닷; 및 상기 카본닷의 작용기와 결합되는 아미노페닐보론산(aminophenylboronic acid);을 포함하는, 도파민의 선택적 검출 특성을 갖는 보론산-카본닷 복합체를 제공한다.According to an aspect of the present invention, a carbon dot surface-modified with a diacrylate-based polymer and a monosaccharide; And aminophenylboronic acid bonded to a functional group of the carbon dot; provides boronic acid-carbon dot complex having selective detection properties of dopamine.

카본닷은 형광 물질로서, 물에 대한 용해도가 우수하고, 강한 발광성, 높은 생체적합성, 표면 기능화의 용이성, 장기간의 광 변색 방지 및 비용이 저렴하다.Carbon dot is a fluorescent material, has excellent solubility in water, strong luminescence, high biocompatibility, ease of surface functionalization, long-term photo discoloration prevention and low cost.

디아크릴레이트계 폴리머는 합성될 카본닷의 말단에 아크릴 작용기를 도입하기 위해 첨가되는 것으로, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌글리콜 디아크릴레이트 또는 폴리부틸렌글리콜 디아크릴레이트일 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(PEGDA)를 사용할 수 있다.The diacrylate-based polymer is added to introduce an acrylic functional group at the terminal of the carbon dot to be synthesized, and may be, for example, polyethylene glycol diacrylate, polypropylene glycol diacrylate or polybutylene glycol diacrylate, Preferably polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) can be used.

단당류는 합성될 카본닷의 말단에 -COOH 또는 -OH 작용기를 도입하기 위해 첨가되는 것으로, 예를 들면 락토오스, 글루코오스, 갈락토오스 또는 만노오스일 수 있고, 바람직하게는 락토오스(Lactose)를 사용할 수 있다.Monosaccharide is added to introduce a -COOH or -OH functional group at the end of the carbon dot to be synthesized, for example, may be lactose, glucose, galactose or mannose, preferably lactose (Lactose) can be used.

이에 따라, 상기 표면 개질된 카본닷의 말단에는 -COOH 또는 -OH 인 작용기를 포함하고, 상기 아미노페닐보론산의 말단에는 -NH2 인 작용기를 포함하며, 상기 표면 개질된 카본닷 말단의 작용기 및 아미노페닐보론산 말단의 작용기가 화학 결합하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the terminal of the surface-modified carbon dot includes a functional group -COOH or -OH, and the terminal of the aminophenyl boronic acid includes a -NH 2 functional group, the functional group of the surface-modified carbon dot terminal and The functional group of the aminophenyl boronic acid terminal is characterized by chemical bonding.

아미노페닐보론산은 카본닷의 말단에 도입된 작용기와 공유 결합하여 카본닷의 표면에 도입될 수 있다. 아미노페닐보론산은 뒤에서 설명될 바와 같이, 도파민과 가역적 결합이 가능한 특성을 지니고 있으며, 이를 통해 도파민을 검출할 수 있도록 하는 역할을 한다.The aminophenylboronic acid may be introduced to the surface of the carbon dot by covalently bonding to a functional group introduced at the terminal of the carbon dot. As described later, aminophenylboronic acid has a property capable of reversible binding with dopamine, thereby serving to detect dopamine.

구체적으로, 아미노페닐보론산의 B(OH)2는 도파민의 cis-diol과 반응하므로, 아미노페닐보론산을 통해 도파민을 선택적으로 검출하는 것이 가능하다.Specifically, since B (OH) 2 of aminophenylboronic acid reacts with cis-diol of dopamine, it is possible to selectively detect dopamine through aminophenylboronic acid.

이때, 아미노페닐보론산은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있으며, 구체적으로 아미노페닐보론산은 2-아미노페닐보론산, 3-아미노페닐보론산, 4-아미노페닐보론산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 본 발명의 바람직한 일실시예로서 아미노페닐보론산은 3-아미노페닐보론산을 사용할 수 있다.In this case, the aminophenyl boronic acid may be a compound represented by Formula 1, specifically, the aminophenyl boronic acid is a group consisting of 2-aminophenylboronic acid, 3-aminophenylboronic acid, 4-aminophenylboronic acid, and mixtures thereof. It may be any one selected from. As a preferred embodiment of the present invention, aminophenylboronic acid may use 3-aminophenylboronic acid.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00002
Figure pat00002

본 발명의 일실시예에서는 디아크릴레이트계 폴리머로서 PEGDA를 사용하고, 단당류로서 락토오스를 사용함으로써, 아크릴 작용기와 함께, -COOH 또는 -OH 작용기가 도입된 카본닷을 합성할 수 있으며, 상기 카본닷의 -COOH 또는 -OH 작용기와 아미노페닐보론산의 -NH2 작용기가 화학 결합을 형성하도록 함으로써, 보론산-카본닷 복합체를 형성하였다.In an embodiment of the present invention, by using PEGDA as a diacrylate-based polymer and lactose as a monosaccharide, a carbon dot into which -COOH or -OH functional groups are introduced together with an acrylic functional group can be synthesized. The boronic acid-carbondot complex was formed by allowing a -COOH or -OH functional group of to form a chemical bond with the -NH 2 functional group of the aminophenylboronic acid.

본 발명의 다른 측면에 따르면, (1) 디아크릴레이트(diacrylate)계 폴리머 및 단당류를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 용매열합성 반응시켜 표면 개질된 카본닷을 준비하는 단계; 및 (2) 상기 표면 개질된 카본닷, 하기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산(aminophenylboronic acid) 및 가교제를 혼합하고 반응시켜 보론산-카본닷 복합체를 완성하는 단계;를 포함하는 보론산-카본닷 복합체의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the invention, (1) preparing a mixture comprising a diacrylate-based polymer and a monosaccharide, and preparing a surface-modified carbon dot by solvent thermal synthesis reaction of the mixture; And (2) mixing and reacting the surface-modified carbon dot, aminophenylboronic acid represented by Formula 1 below, and a crosslinking agent to complete a boronic acid-carbon dot complex; and boronic acid-carbon It provides a method for producing a dot composite.

이때, 디아크릴레이트계 폴리머, 카본닷, 단당류 및 아미노페닐보론산에 대한 상세한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로 그 부분을 참조하기로 한다.In this case, a detailed description of the diacrylate-based polymer, carbon dot, monosaccharide and aminophenylboronic acid is the same as described above, and the part will be referred to.

구체적으로, 상기 표면 개질된 카본닷의 말단에는 -COOH 또는 -OH 인 작용기를 포함하고, 상기 아미노페닐보론산의 말단에는 -NH2 인 작용기를 포함하며, 상기 표면 개질된 카본닷 말단의 작용기 및 아미노페닐보론산 말단의 작용기가 화학 결합하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the terminal of the surface-modified carbon dot includes a -COOH or -OH phosphorus functional group, the terminal of the aminophenyl boronic acid includes a -NH 2 functional group, the functional group of the surface-modified carbon dot terminal and The functional group of the aminophenyl boronic acid terminal is characterized by chemical bonding.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예로서 상기 가교제로는 EDC [1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride] 및 sulfo-NHS (sulfo-N-hydroxysuccinimide)를 사용할 수 있다.In addition, as a preferred embodiment of the present invention, the crosslinking agent may use EDC [1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride] and sulfo-NHS (sulfo-N-hydroxysuccinimide).

본 발명의 일실시예에서는 디아크릴레이트계 폴리머, 단당류를 포함하는 혼합물을 제조한 후, 용매열합성 반응시켜 말단에 아크릴 작용기와 함께, -COOH 또는 -OH 작용기를 갖는 카본닷을 합성한 후, 이를 말단에 -NH2 작용기를 갖는 아미노페닐보론산과 반응시키되, NHS 및 EDC·HCl과 커플링 반응시킴으로써, 아미노페닐보론산과 카본닷이 화학 결합을 이룬 보론산-카본닷 복합체를 제조하였다.In one embodiment of the present invention, after preparing a mixture comprising a diacrylate-based polymer, monosaccharides, and solvent thermal synthesis to synthesize a carbon dot having an -COOH or -OH functional group with an acrylic functional group at the end, This was reacted with aminophenylboronic acid having a -NH 2 functional group at the end, and coupling reaction with NHS and EDC.HCl to prepare a boronic acid-carbon dot complex in which aminophenylboronic acid and carbon dot formed a chemical bond.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, -COOH 또는 -OH 작용기와, 아크릴 작용기가 말단에 도입된 카본닷 및 -NH2 작용기가 말단에 도입되어 상기 카본닷의 -COOH 또는 -OH 작용기와 화학 결합하며, 상기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산을 포함하는 보론산-카본닷 복합체; 및 메타크릴레이트(methacrylate)계 폴리머로 관능화되어 표면에 아크릴 작용기가 도입된 기재부;를 포함하고, 상기 보론산-카본닷 복합체 및 기재부의 아크릴 작용기 간 반응을 통해 상기 기재부에 보론산-카본닷 복합체가 고정화되는 것을 특징으로 하는 보론산-카본닷 복합체를 이용한 도파민 바이오센서를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the -COOH or -OH functional group, and the carbon dot and -NH 2 functional group introduced at the terminal and the acrylic functional group is introduced at the terminal to chemically bond to the -COOH or -OH functional group of the carbon dot A boronic acid-carbondot complex comprising aminophenylboronic acid represented by Formula 1; And a base portion functionalized with a methacrylate-based polymer and having an acrylic functional group introduced to the surface thereof, wherein the boronic acid-carbon dot complex and the boron acid-based reaction are reacted between the acrylic functional groups of the base portion. It provides a dopamine biosensor using boronic acid-carbon dot complex characterized in that the carbon dot complex is immobilized.

기재부는 기재로 사용할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 유리 기판을 사용할 수 있다.The substrate portion is not particularly limited as long as it can be used as a substrate, and preferably a glass substrate can be used.

메타크릴레이트계 폴리머는 기재부의 표면에 아크릴 작용기를 도입하기 위해 첨가하는 것으로, 예를 들면 (트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트, (트리에톡시실릴)프로필메타크릴레이트 또는 (트리부톡시실릴)프로필메타크릴레이트일 수 있고, 바람직하게는 (트리메톡시실릴)프로필메타크릴레이트(TMSPMA)를 사용할 수 있다.The methacrylate polymer is added to introduce an acrylic functional group to the surface of the substrate portion, for example, (trimethoxysilyl) propyl methacrylate, (triethoxysilyl) propyl methacrylate or (tributoxysilyl). Propyl methacrylate, preferably (trimethoxysilyl) propyl methacrylate (TMSPMA) can be used.

구체적으로, 상기 아미노페닐보론산의 B(OH)2 및 도파민의 cis-diol 반응의 생성물인 보로네이트 에스테르 복합체로 인한 형광색과 형광 강도의 변화를 통해 도파민을 검출하는 것을 특징으로 한다.Specifically, dopamine is detected by changing the fluorescence color and fluorescence intensity due to the boronate ester complex which is the product of cis-diol reaction of B (OH) 2 and dopamine of aminophenylboronic acid.

본 발명에 따른 도파민 바이오센서는 아크릴 작용기를 통해 아크릴 작용기가 도입된 기재부에 용이하게 고정될 수 있으므로 결합력 및 안정성이 우수하여 필름, 유리 등 박막 기반 바이오센서에 활용할 수 있고, 고체 상태이므로 운반이 용이하고 장기간 보관이 가능하다.The dopamine biosensor according to the present invention can be easily fixed to the base portion into which the acrylic functional group is introduced through the acrylic functional group, and thus has excellent bonding strength and stability, which can be used for thin film-based biosensors such as film and glass, and is easy to transport since it is a solid state. Easy and long term storage

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are not intended to limit the scope of the present invention, which will be construed as to help the understanding of the present invention.

<실시예><Example>

(1) 재료(1) material

폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate, PEGDA; 중량평균분자량(Mw)=400g/mole)은 미국의 Polysciences에서 구입하였다.Polyethyleneglycol diacrylate (PEGDA; weight average molecular weight (Mw) = 400 g / mole) was purchased from Polysciences, USA.

폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG; Mw=380~420g/mole), 락토오스(Lactose), 암모늄(Ammonium; 99.998%, trace metal basis), N-하이드록시-숙신이미드(N-hydroxy-succinimide, NHS), 3-아미노페닐보론산 모노하이드레이트(3-aminophenylboronic acid monohydrate, APBA; 98%), 인산염 버퍼용액(Phosphate buffer solution, PBS; 1M, pH=7.4), D-(+)-글루코오스(D-(+)-Glucose), 요산(Uric acid), 요소(Urea), L-아스코르빅 산(L-ascorbic acid), 도파민 인산염(Dopamine hydrochloride), 사람 혈청(Human serum), 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(4디메틸아미노스티릴)-4H-피란[4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(4dimethylaminostyryl)-4H-pyran, DCM, dye content 98%), 벤조일 처리된 튜석 튜브(Dialysis tubing benzoylated, MWCO=2,000 Da), TMSPMA은 Sigma-Aldrich 사에서 구입하였다.Polyethylene glycol (PEG; Mw = 380 ~ 420g / mole), Lactose, Ammonium (99.998%, trace metal basis), N-hydroxy-succinimide (NHS) ), 3-aminophenylboronic acid monohydrate (APBA; 98%), Phosphate buffer solution (PBS; 1M, pH = 7.4), D-(+)-glucose (D- (+)-Glucose, Uric acid, Urea, L-ascorbic acid, Dopamine hydrochloride, Human serum, 4- (dicyano Methylene) -2-methyl-6- (4dimethylaminostyryl) -4H-pyran [4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (4dimethylaminostyryl) -4H-pyran, DCM, dye content 98%), benzoyl Treated tubing tubes (Dialysis tubing benzoylated, MWCO = 2,000 Da) and TMSPMA were purchased from Sigma-Aldrich.

1-(3-(Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC·HCl)은 도쿄 화학공업 사에서 구입하였다.1- (3- (Dimethylaminopropyl) -3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC-HCl) was purchased from Tokyo Chemical Industries.

2-Ketoglutaric acid(KGA)은 벨기에의 Acros Organic 사에서 구입하였다.2-Ketoglutaric acid (KGA) was purchased from Acros Organic, Belgium.

H2SO4, pH buffer solutions은 한국의 덕산 사에서 구입하였으며, 탈이온수(Deionized water, DI)은 역삼투 시스템(PureFO, Romax)으로 정제한 것을 사용하였다.H 2 SO 4 , pH buffer solutions were purchased from Deoksan, Korea, and deionized water (DI) was purified using a reverse osmosis system (PureFO, Romax).

(2) 표면 개질된 카본닷(CD)의 합성(2) Synthesis of Surface Modified Carbon Dots (CD)

도 1을 참조하여 설명하면, 0.1M NH4Cl 용액 410㎕, 락토오스 분말 100mg, 탈이온수 590㎕, H2SO4 100㎕ 및 PEGDA 3ml를 순차적으로 바이알(vial)에 투입하였다. 이 혼합물을 균일하게 교반하여 용액으로 만든 다음 마이크로파 반응기(Monowave 300, Anton paar, Austria)를 이용하여 20분 동안 160℃에서 반응시켰다.Referring to FIG. 1, 410 μl of 0.1M NH 4 Cl solution, 100 mg of lactose powder, 590 μl of deionized water, 100 μl of H 2 SO 4, and 3 ml of PEGDA were sequentially added to a vial. The mixture was uniformly stirred to a solution and then reacted at 160 ° C. for 20 minutes using a microwave reactor (Monowave 300, Anton paar, Austria).

그 후에, 상기 혼합물을 탈이온수 10ml에 분산시키고, 원심분리기(V1512-Vision, V3000i, Vision Scientific, Korea)를 통해 3700 rpm에서 2분간 원심 분리하여 작은 입자 또는 응집된 입자를 제거하였다.Thereafter, the mixture was dispersed in 10 ml of deionized water and centrifuged (V1512-Vision, V3000i, Vision Scientific, Korea) for 2 minutes at 3700 rpm to remove small or aggregated particles.

원심 분리된 용액을 투석 튜브로 정제하여 초기 시료들 중 반응에 참여하지 않고 남은 과량의 시료들을 24시간 동안 제거함으로써, 표면 개질되어 말단에 아크릴 작용기와, -OH 작용기 또는 -COOH 작용기가 도입된 카본닷(이하 "CD"라 함)을 합성하였다.The centrifuged solution was purified by a dialysis tube to remove excess samples remaining in the initial samples without participating in the reaction for 24 hours, thereby modifying the surface and introducing acrylic functional groups, -OH functional groups, or -COOH functional groups at the ends. Dots (hereinafter referred to as "CD") were synthesized.

한편, 본 발명의 일실시예에 따라 표면 개질된 카본닷과 비교하기 위하여 PEGDA가 아닌 PEG를 이용한 것을 제외하고는 상기 합성방법과 동일하게 수행하였으며, 이렇게 제조된 카본닷(이하 "CD(PEG)"라 함)은 말단에 아크릴 작용기가 존재하지 않는다.On the other hand, it was carried out in the same manner as the synthesis method except for using PEG, not PEGDA to compare the surface modified carbon dot according to an embodiment of the present invention, the carbon dot (hereinafter referred to as "CD (PEG) Is free of acrylic functional groups at the ends.

(3) 보론산-카본닷 복합체(BA-CD)의 제조(3) Preparation of boronic acid-carbon dot complex (BA-CD)

도 1을 참조하여 설명하면, 반응성 CD 용액을 1M의 PBS(pH 7.4) 10ml에 분산시키고, 원심분리기를 이용하여 3700 rpm에서 2분간 원심 분리하여 큰 입자 또는 응집된 입자를 제거하였다.Referring to FIG. 1, the reactive CD solution was dispersed in 10 ml of 1 M PBS (pH 7.4) and centrifuged at 3700 rpm for 2 minutes to remove large or aggregated particles.

그 다음, 원심 분리된 CD 용액에 EDC·HCl 7.6mg을 첨가하고, 어두운 곳에서 10분 동안 교반한 후 동일한 실험 조건 하에서 NHS 1.15mg을 더 첨가하였다. 이를 실온에서 2시간 동안 정치한 후, APBA 15.45mg을 혼합 용액에 첨가하고, 실온에서 24시간 동안 incubation하였다.Then, 7.6 mg of EDC.HCl was added to the centrifuged CD solution, stirred for 10 minutes in the dark, and then 1.15 mg of NHS was further added under the same experimental conditions. After standing for 2 hours at room temperature, 15.45 mg of APBA was added to the mixed solution and incubated for 24 hours at room temperature.

마지막으로, incubation된 상기 혼합 용액을 투석 튜브로 정제하여 초기 시료들 중 반응에 참여하지 않고 남은 과량의 시료들을 24시간 동안 제거한 후, 동결 건조기(fd-1000, EYELA, Japan)을 이용하여 -50 내지 -60℃에서 24시간 동안 동결 건조시킴으로써, 보론산-카본닷 복합체(이하 "BA-CD"라 함)을 제조하였다.Finally, the incubated mixed solution was purified by a dialysis tube to remove excess samples remaining in the initial samples without participating in the reaction for 24 hours, and then -50 using a freeze dryer (fd-1000, EYELA, Japan). By freeze drying at -60 ° C for 24 hours, boronic acid-carbondot complex (hereinafter referred to as "BA-CD") was prepared.

한편, 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 BA-CD와 비교하기 위하여 CD(PEG)를 이용한 것을 제외하고는 상기 제조방법과 동일하게 수행하였으며, 이렇게 제조된 복합체(이하 "BA-CD(PEG)"라 함)는 말단에 아크릴 작용기가 존재하지 않는다.On the other hand, except that the CD (PEG) was used in order to compare with the BA-CD prepared according to an embodiment of the present invention was carried out in the same manner as described above, the composite thus prepared (hereinafter "BA-CD (PEG) ) ") Does not have an acrylic functional group at the end.

(4) 도파민(DA) 바이오센서(glass BA-CD)의 제조(4) Preparation of dopamine (DA) biosensor (glass BA-CD)

도 2를 참조하여 설명하면, 유리 기판을 에탄올로 세척하여 건조시킨 후, 플라즈마 생성기(Femto Science Inc, Korea)를 이용하여 5분 동안 산소 플라즈마 처리를 수행하였다. 세척된 유리 기판 상에 스핀 코터(SPIN-1200D, Midas, Korea)를 이용하여 TMSPMA 용액 200㎕를 3000 rpm에서 50초 동안 스핀 코팅하였으며, TMSPMA가 코팅된 유리 기판을 60℃의 오븐에서 10분 간 건조시켰다. 이렇게 준비된 유리 기판은 표면에 아크릴 작용기를 포함한다.Referring to FIG. 2, after the glass substrate was washed with ethanol and dried, an oxygen plasma treatment was performed for 5 minutes using a plasma generator (Femto Science Inc, Korea). 200 µl of TMSPMA solution was spin-coated at 3000 rpm for 50 seconds using a spin coater (SPIN-1200D, Midas, Korea) on the cleaned glass substrate, and the glass substrate coated with TMSPMA for 10 minutes in an oven at 60 ° C. Dried. The glass substrate thus prepared includes acrylic functional groups on its surface.

그 다음, BA-CD 0.3mg, PEGDA 1ml 및 KGA 100㎕(물에서의 농도 0.04M)를 혼합한 혼합물을 유리 기판 상에 410㎛ 두께로 형성되도록 200 rpm에서 10초 동안 스핀 코팅하였다.A mixture of 0.3 mg BA-CD, 1 ml PEGDA and 100 μl KGA (concentration 0.04 M in water) was then spin coated at 200 rpm for 10 seconds to form 410 μm thick on a glass substrate.

혼합물이 스핀 코팅된 유리 기판과 5.5cm의 거리를 유지하면서, UV 경화기(Innocure 100N, Litchtzen, Korea)를 이용하여 유리 기판 상의 TMSPMA의 아크릴 작용기, BA-CD 및 PEGDA 간의 반응이 1분 동안 이루어지도록 하였다. 경화 후 BA-CD가 고정화된 유리 기판(이하 "glass BA-CD"라 함)을 탈이온수로 세척하였다.While keeping the mixture at a distance of 5.5 cm from the spin coated glass substrate, use a UV curing machine (Innocure 100N, Litchtzen, Korea) to allow the reaction between TMSPMA's acrylic functional groups, BA-CD and PEGDA on the glass substrate for 1 minute. It was. After curing, the glass substrate (hereinafter referred to as "glass BA-CD") to which BA-CD was immobilized was washed with deionized water.

한편, 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 glass BA-CD와 비교하기 위하여 BA-CD(PEG)를 이용한 것을 제외하고는 상기 제조방법과 동일하게 수행하였으며, 이렇게 제조된 바이오센서는 "glass BA-CD(PEG)"라 한다.On the other hand, except that BA-CD (PEG) was used in order to compare with the glass BA-CD prepared according to an embodiment of the present invention was carried out in the same manner as the manufacturing method, the biosensor manufactured as "glass BA -CD (PEG) ".

(5) 측정(5) measurement

UV-Vis, 광루미네선스(Photoluminescence, PL) 및 푸리에 변환 적외선 스펙트럼 (Fourier-transform infrared spectra, FTIR spectra)은 UV-2401 PC 분광 광도계(Shimadzu, Japan), RF-5301 PC (Shimadzu, Japan) 및 FT/IR-620 스펙트럼 분석기(Jasco, Japan)을 이용하여 각각 측정하였다.UV-Vis, Photoluminescence (PL) and Fourier-transform infrared spectra (FTIR spectra) are UV-2401 PC spectrophotometers (Shimadzu, Japan), RF-5301 PC (Shimadzu, Japan) And FT / IR-620 spectrum analyzer (Jasco, Japan).

CD의 유체역학적 직경은 동적 광산란(DLS) 장치(Scatteroscope I, K-One Nano, Korea)을 이용하여 측정하였다.The hydrodynamic diameter of the CD was measured using a dynamic light scattering (DLS) device (Scatteroscope I, K-One Nano, Korea).

CD의 구조는 투과형 전자현미경(TEM, Titan G2 ChemiSTEM CsProbe, FEI Company, Netherland, 200kv)을 이용하여 영상화하였다.The structure of the CD was imaged using a transmission electron microscope (TEM, Titan G2 ChemiSTEM CsProbe, FEI Company, Netherland, 200kv).

TEM 샘플은 200-mesh 탄소가 코팅된 구리 격자(G75, Ted Pella Inc., Redding, CA)에 딥 코팅한 후, 24℃에서 용매를 증발시켰다. 탄소가 코팅된 구리 그리드는 그리드에 얇은 콜로디온 필름(Collodion film)을 코팅한 후, 탄소 코팅기(208 Carbon Coater, Cressington, Singapore)을 이용하여 탄소를 코팅함으로써 제조되었다.TEM samples were dip coated onto a 200-mesh carbon coated copper grid (G75, Ted Pella Inc., Redding, Calif.) And then the solvent was evaporated at 24 ° C. The carbon coated copper grid was prepared by coating a thin collodion film on the grid and then coating the carbon using a carbon coater (208 Carbon Coater, Cressington, Singapore).

BA-CD와, BA-CD/DA 수용액 및 glass BA-CD의 사진은 스마트폰 카메라(SM-N900K, SAMSUNG, Korea)로 촬영하였다.Photographs of BA-CD, BA-CD / DA aqueous solution and glass BA-CD were taken with a smartphone camera (SM-N900K, SAMSUNG, Korea).

<실험예>Experimental Example

(1) 보론산-카본닷 복합체(BA-CD)의 구조 확인(1) Confirmation of the structure of boronic acid-carbon dot complex (BA-CD)

본 발명에 따라 제조된 BA-CD의 구조를 확인하기 위하여, 동적광산란(DLS) 분석, 투과전자현미경(TEM) 분석 및 FT-IR 분석을 실시하였다.In order to confirm the structure of the BA-CD prepared according to the present invention, dynamic light scattering (DLS) analysis, transmission electron microscope (TEM) analysis and FT-IR analysis were performed.

관련하여 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 BA-CD의 구조를 확인하기 위한 도면으로서, (a)는 BA-CD 수용액(0.25mg/ml)의 DLS 스펙트럼이고, (b)는 TEM 이미지이고, (c)는 CD 및 BA-CD 수용액의 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다.3 is a view for confirming the structure of BA-CD according to an embodiment of the present invention, (a) is a DLS spectrum of BA-CD aqueous solution (0.25mg / ml), (b) is a TEM image (C) shows FT-IR spectra of CD and BA-CD aqueous solutions.

그리고 도 4는 여기 파장에 따른 BA-CD 수용액(0.35mg/ml)의 형광(Fluorescence) 및 UV-Vis 스펙트럼을 나타낸 것이다.4 shows fluorescence and UV-Vis spectra of BA-CD aqueous solution (0.35 mg / ml) according to the excitation wavelength.

도 3의 (a)를 참조하면, 합성된 BA-CD의 크기는 다소 좁은 분포를 나타내며, 약 1.4 내지 2.41nm의 직경을 가진다.Referring to (a) of FIG. 3, the size of the synthesized BA-CD shows a rather narrow distribution, and has a diameter of about 1.4 to 2.41 nm.

도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따라 합성된 CD는 기존에 보고된 카본닷과 유사 또는 일치하는 ~3.17±14.3nm의 직경을 가지며, 100개의 흑연 평면에 대응하는 2.05A의 격자 간격에서 볼 수 있는 명확한 격자 스트라이프이므로, 흑연임을 확인할 수 있었다(우측 하단에 삽입된 확대 이미지 참고).Referring to FIG. 3 (b), a CD synthesized according to the present invention has a diameter of ˜3.17 ± 14.3 nm, similar or consistent with previously reported carbon dots, and a grid of 2.05 A corresponding to 100 graphite planes. Since it is a clear lattice stripe seen in the gap, it can be confirmed that it is graphite (see the enlarged image inserted at the bottom right).

또한, 도 3의 (c)를 참조하여, 본 발명에 따라 제조된 CD(ATR mode), BA-CD(ATR mode) 및 glass BA-CD(KBr mode)의 FT-IR 분석 결과를 살펴보면, C=O(3431cm-1) 작용기, C-O-C(1725cm-1) 결합 및 -OH(1352cm-1) 작용기에 대한 신축진동(stretching) 피크(peak)를 확인할 수 있고, 이 피크들을 통해 CD 및 BA-CD의 표면에 PEGDA, 카르복실기와 히드록실기가 존재하는 것을 확인할 수 있다.In addition, referring to (c) of Figure 3, looking at the results of the FT-IR analysis of CD (ATR mode), BA-CD (ATR mode) and glass BA-CD (KBr mode) prepared according to the present invention, C Stretching peaks for the ═O (3431 cm −1 ) functional group, COC (1725 cm −1 ) binding, and —OH (1352 cm −1 ) functional group can be seen, and these peaks show CD and BA-CD It can be seen that PEGDA, a carboxyl group and a hydroxyl group are present on the surface.

또한, CH2(1457cm-1) 결합, C-H(2871cm-1) 결합에 대한 신축진동 피크를 각각 관찰하였고, 이 피크들을 통해 CD 및 BA-CD의 표면에 PEGDA가 존재하는 것을 알 수 있으며, 아크릴 작용기로부터의 C=C(1637cm-1) 결합에 대한 신축진동 피크를 확인할 수 있다.In addition, stretching peaks for the CH 2 (1457 cm -1 ) bond and the CH (2871 cm -1 ) bond were observed, respectively, and these peaks showed PEGDA on the surface of the CD and BA-CD. Stretch vibration peaks for C = C (1637 cm −1 ) binding from functional groups can be identified.

특히, BA-CD의 FT-IR 스펙트럼에서는 EDC 가교제에 의해 형성된 아미드 결합으로 인해 1575cm-1에서 새로운 아미드 Ⅱ 밴드를 관찰할 수 있었고, 보론산의 피크(1352cm-1)는 C-O-C(1352cm-1)의 신축 밴드와 중첩되었다.In particular, in the FT-IR spectrum of BA-CD, a new amide II band was observed at 1575 cm -1 due to the amide bond formed by the EDC crosslinking agent, and the peak of boronic acid (1352 cm -1 ) was COC (1352 cm -1 ). Overlaid with the stretch band.

또한, 도 4를 참조하여 서로 다른 여기 파장에서 0.35mg/ml BA-CD 수용액의 형광 및 UV-Vis 분석 결과를 살펴보면, 360 및 270nm에서 각각 π-π* 및 n-p* 전이를 확인할 수 있으며, 이는 CD의 전형적인 전이를 나타내는 것이다. 형광 스펙트럼의 강도는 여기 파장에 크게 의존하며, 형광 최대 강도는 n-π* 전이의 파장에 가까운 360nm에서 관찰되었다. 최대 강도에서의 파장은 여기 파장에 비례하여 증가하며, 여기 파장이 변할 때 형광 파장이 변화하는 것은 카본닷에서 흔히 관찰된다.In addition, the fluorescence and UV-Vis analysis results of 0.35 mg / ml BA-CD aqueous solution at different excitation wavelengths with reference to FIG. 4 can confirm π-π * and np * transitions at 360 and 270 nm, respectively. It represents the typical transition of CD. The intensity of the fluorescence spectrum is highly dependent on the excitation wavelength, and the fluorescence maximum intensity was observed at 360 nm, close to the wavelength of the n-π * transition. The wavelength at maximum intensity increases in proportion to the excitation wavelength, and the change in the fluorescence wavelength when the excitation wavelength changes is commonly observed in carbon dots.

상기의 결과로부터, 아크릴 작용기 및 보론산 작용기가 도입된 BA-CD이 성공적으로 합성되었음을 확인할 수 있다.From the above results, it can be confirmed that BA-CD having an acrylic functional group and boronic acid functional group introduced therein was successfully synthesized.

(2) APBA의 도파민 검출 성능 평가(2) Evaluation of Dopamine Detection Performance of APBA

도 5는 APBA 및 DA 간 보로네이트 에스테르 결합을 통한 보로네이트 에스테르 복합체의 형성을 개략적으로 나타낸 도면이다. FIG. 5 schematically shows the formation of boronate ester complexes via boronate ester linkages between APBA and DA.

도 5를 참조하면, APBA와 DA는 보론산 에스테르 결합하여 보로네이트 에스테르 복합체(이하 "APBA/DA 복합체"라 함)를 형성한다.Referring to FIG. 5, APBA and DA combine with boronic acid esters to form boronate ester complexes (hereinafter referred to as "APBA / DA complexes").

이러한 APBA/DA 복합체의 수용액(이하 "APBA/DA 혼합 수용액"이라 함)의 형광 특성을 서로 다른 pH 하에서 분석하였다.The fluorescence characteristics of this aqueous solution of APBA / DA complex (hereinafter referred to as "APBA / DA mixed aqueous solution") were analyzed under different pH.

관련하여 도 6은 APBA/DA 혼합 수용액의 형광 특성을 나타낸 도면으로서, (a)는 pH에 따른 APBA/DA 혼합 수용액(500uM/500uM)의 PL 스펙트럼이고(여기 파장: 360nm), (b)는 500mA에서 DA 또는 APBA의 농도가 고정되었을 때 APBA(검은색 원) 또는 DA(빨간색 사각형) 농도에 따른 APBA/DA 혼합 수용액의 PL 스펙트럼(여기 파장: 477nm)을 나타낸 것이다.6 shows a fluorescence characteristic of the APBA / DA mixed aqueous solution, where (a) is the PL spectrum of the APBA / DA mixed aqueous solution (500 uM / 500 uM) according to pH (excitation wavelength: 360 nm), and (b) When the concentration of DA or APBA is fixed at 500 mA, the PL spectrum (excitation wavelength: 477 nm) of the APBA / DA mixed aqueous solution according to the concentration of APBA (black circle) or DA (red square) is shown.

도 6의 (a)를 참조하면, pH 9 이하에서 거의 형광 방출이 일어나지 않았으며, pH 10 이상에서 강한 형광 방출이 나타난 것을 확인하였다. 이는 APBA의 pKa 값이 8.8 이상이므로, 보론산 에스테르 결합은 탈 양성자화에 의해 APBA의 pKa보다 높은 pH에서 형성되기 때문이다.Referring to (a) of FIG. 6, almost no fluorescence emission occurred at pH 9 or less, and it was confirmed that strong fluorescence emission appeared at pH 10 or higher. This is because the pKa value of APBA is 8.8 or more, so that the boronic acid ester bond is formed at a higher pH than the pKa of APBA by deprotonation.

즉, APBA/DA 혼합 수용액의 형광 방출은 APBA/DA 복합체의 형성에 기인한다는 것을 알 수 있다. That is, it can be seen that the fluorescence emission of the APBA / DA mixed aqueous solution is due to the formation of the APBA / DA complex.

이후 도파민 검출을 위한 모든 실험은 달리 언급하지 않는 한 pH 10에서 수행되었다.All experiments for dopamine detection were then performed at pH 10 unless otherwise noted.

도 7은 APBA/DA 혼합 수용액의 PL 스펙트럼을 나타낸 것으로서, (a)는 APBA 농도(500uM)가 고정되었을 때 DA 농도에 따른 PL 스펙트럼이고, (b)는 DA 농도(500uM)가 고정되었을 때 APBA 농도에 따른 PL 스펙트럼이고, (c) 및 (d)는 동일한 농도로 혼합된 APBA/DA 혼합 수용액의 PL 스펙트럼 및 PL 강도(여기 파장: 477nm)를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the PL spectrum of the APBA / DA mixed aqueous solution, (a) is a PL spectrum according to the DA concentration when the APBA concentration (500uM) is fixed, (b) APBA when the DA concentration (500uM) is fixed It is PL spectrum according to concentration, and (c) and (d) show PL spectrum and PL intensity (excitation wavelength: 477 nm) of APBA / DA mixed aqueous solution mixed in the same concentration.

도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 500uM로 고정된 APBA 수용액에 500uM의 DA 수용액을 첨가한 경우 가장 높은 PL 강도가 측정되었고, 500uM로 고정된 DA 수용액에 500uM의 APBA 수용액을 첨가한 경우 가장 높은 PL 강도가 측정되었다.Referring to (a) and (b) of FIG. 7, the highest PL strength was measured when 500uM of DA solution was fixed to 500uM of APBA solution, and 500uM of APBA solution was added to 500uM of DA solution. In one case the highest PL intensity was measured.

또한, DA 수용액 및 APBA 수용액을 동일한 농도로 혼합한 용액의 PL 강도를 살펴본 결과, DA 수용액과 APBA 수용액 모두 500uM로 혼합된 용액의 PL 강도가 가장 높게 측정되었다. In addition, as a result of examining the PL strength of the solution mixed with the DA aqueous solution and the APBA aqueous solution at the same concentration, the PL strength of the solution mixed with 500 μM of both the DA aqueous solution and the APBA aqueous solution was measured to be the highest.

이에 따라, DA 수용액 및 APBA 수용액 모두 500uM의 동일한 농도로 혼합한 용액을 이용하여 PL 스펙트럼을 측정하였다.Accordingly, PL spectra were measured using a solution in which both the DA aqueous solution and the APBA aqueous solution were mixed at the same concentration of 500 uM.

도 6의 (b) 및 도 7의 (d)를 참조하면, 477nm에서 APBA/DA 혼합 수용액의 형광 강도 및 PL 강도가 최대로 나타났는데, 이는 APBA의 B(OH)2 및 DA의 cis-diol 반응을 통해 보로네이트 에스테르 복합체가 형성된 것을 의미한다.Referring to FIGS. 6B and 7D, the fluorescence intensity and the PL intensity of the APBA / DA mixed aqueous solution were maximized at 477 nm, which is the cis-diol of B (OH) 2 and DA of APBA. It means that the boronate ester complex is formed through the reaction.

그러나, 도 7의 (c)를 다시 참조하면, DA 수용액과 APBA 수용액의 농도가 모두 80uM일 경우 PL 강도가 급격하게 떨어졌으며, 농도가 모두 20uM 이하일 경우 PL 강도는 너무 낮아서 형광 방출을 나타낼 수 없었다. However, referring back to (c) of FIG. 7, when the concentrations of both the DA aqueous solution and the APBA aqueous solution were 80 uM, the PL intensity dropped sharply, and when the concentrations were all 20 uM or less, the PL intensity was too low to show fluorescence emission. .

상기의 결과로부터, APBA 수용액만으로는 소량의 DA를 검출하기 어려운 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that only a small amount of DA was difficult to detect with the APBA aqueous solution.

(3) BA-CD 수용액의 도파민 검출 성능 평가(3) Evaluation of Dopamine Detection Performance of BA-CD Aqueous Solution

상기 도 7의 (c)에서, 모두 20uM 이하인 DA 수용액 및 APBA 수용액을 혼합한 혼합 수용액이 PL 강도가 매우 낮아 형광 방출을 나타내지 않았던 결과를 바탕으로 하여, 20uM로 고정된 DA 수용액에 대한 BA-CD 수용액의 도파민 검출 성능을 확인하고자 하였다.In (c) of FIG. 7, BA-CD for the DA aqueous solution fixed at 20 uM was based on the result that the mixed aqueous solution in which both the DA aqueous solution and the APBA aqueous solution were mixed at 20 uM or less did not exhibit fluorescence emission due to very low PL intensity. To determine the dopamine detection performance of the aqueous solution.

관련하여 도 8a는 BA-CD 수용액의 농도에 따른 BA-CD/DA 혼합 수용액의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)이고, 도 8b는 BA-CD 수용액의 농도에 따른 BA-CD/DA 혼합 수용액의 (b) PL 강도의 증가를 나타낸 것이다(여기 파장: 477nm).In relation to Figure 8a is a PL spectrum (excitation wavelength: 360nm) of BA-CD / DA mixed aqueous solution according to the concentration of the BA-CD aqueous solution, Figure 8b is a BA-CD / DA mixed aqueous solution of the concentration of the BA-CD aqueous solution (b) shows an increase in PL intensity (excitation wavelength: 477 nm).

도 8a를 참조하면, PL 강도는 BA-CD 수용액에 비해 BA-CD/DA 수용액에서 더 높게 측정되었고, BA-CD 수용액의 농도가 증가할수록 더 높게 측정되었다.Referring to FIG. 8A, the PL strength was measured higher in the BA-CD / DA aqueous solution compared to the BA-CD aqueous solution, and was higher as the concentration of the BA-CD aqueous solution was increased.

도 8b를 참조하면, BA-CD 수용액의 농도에 따른 BA-CD/DA 수용액의 PL 강도(여기 파장: 477nm)를 확인할 수 있는데, PL 강도는 BA-CD 수용액의 농도가 0.25mg/ml에 도달할 때까지 증가하였으나, 그 이후 급격하게 감소하였다. 즉, 최대 PL 강도는 같은 농도 조건을 충족시킬 수 있는 0.25mg/ml인 BA-CD 수용액에서 관찰되었으므로, 이후 도파민 검출을 위한 모든 실험은 달리 언급하지 않는 한 0.25mg/ml의 BA-CD 수용액을 이용하여 수행되었다.Referring to FIG. 8B, the PL strength (excitation wavelength: 477 nm) of the BA-CD / DA aqueous solution according to the concentration of the BA-CD aqueous solution can be confirmed, and the PL strength of the BA-CD aqueous solution reaches 0.25 mg / ml. It increased until then, but then drastically decreased. That is, the maximum PL intensity was observed in a 0.25 mg / ml aqueous solution of BA-CD which could meet the same concentration conditions, so all experiments for dopamine detection thereafter were carried out using a 0.25 mg / ml aqueous solution of BA-CD unless otherwise stated. Was performed using.

도 9는 BA-CD 수용액의 DA 검출 성능을 평가하기 위한 도면으로서, (a) 및 (b)는 BA-CD 수용액의 농도에 따른 PL 강도 및 PL 스펙트럼 이미지이고, (c)는 BA-CD/DA 혼합 수용액을 477nm에서 여기시켰을 때의 PL 강도이며, (d)는 APBA, DA, APBA/DA 및 BA-CD/DA 수용액의 PL 스펙트럼을 나타낸 것이다.9 is a diagram for evaluating DA detection performance of BA-CD aqueous solution, (a) and (b) are PL intensity and PL spectral image according to the concentration of BA-CD aqueous solution, (c) is BA-CD / It is PL intensity | strength when DA mixed aqueous solution is excited at 477 nm, (d) shows the PL spectrum of APBA, DA, APBA / DA, and BA-CD / DA aqueous solution.

도 9의 (a) 및 (b)를 참조하면, DA 수용액이 첨가되지 않은 순수한 BA-CD 수용액은 농도가 증가할수록 PL 강도가 증가하는 경향을 나타내었으며, PL 스펙트럼에서 파란색을 나타내었다.Referring to (a) and (b) of FIG. 9, the pure BA-CD solution to which the DA aqueous solution was not added showed a tendency of increasing the PL strength with increasing concentration, and showed blue in the PL spectrum.

도 9의 (c)는 Φ의 함수로서 477nm에서의 PL 강도를 확인할 수 있는데, 이때 새로운 피크는 Φ=130uM이 될 때까지 Φ이 증가함에 따라 477nm까지 나타났으며, 그 PL 강도(a.u.의 430)는 그 이후에 포화상태인 것으로 나타났다. 또한 선형 범위 및 검출한계(LOD)는 각각 0~40uM 및 0.32uM인 것을 알 수 있다.9 (c) shows the PL intensity at 477 nm as a function of Φ, where a new peak appeared up to 477 nm as Φ increased until Φ = 130 uM, and the PL intensity (430 of au). ) Then appeared to be saturated. In addition, it can be seen that the linear range and detection limit (LOD) are 0 to 40 uM and 0.32 uM, respectively.

9의 (d)를 참조하면, BA-CD 수용액의 도파민 검출성능을 확인하기 위해 APBA(120uM), DA (120uM), APBA/DA (120/120uM) and BA-CD/DA (0.25mg·ml-1/120uM) 수용액의 PL 스펙트럼 분석하였다. DA 및 APBA 수용액은 거의 형광 방출을 보이지 않았고, BA-CD/DA 수용액은 APBA/DA 수용액에 비해 약 4배 높은 PL 강도를 나타내었다.9 (d), APBA (120uM), DA (120uM), APBA / DA (120 / 120uM) and BA-CD / DA (0.25mgml) to confirm the dopamine detection performance of BA-CD aqueous solution -1/120 uM) PL spectra were analyzed. The aqueous solution of DA and APBA showed almost no fluorescence emission, and the aqueous solution of BA-CD / DA showed about 4 times higher PL intensity than the aqueous solution of APBA / DA.

따라서, CD가 보로네이트 에스테르 복합체의 형광 방출을 증가시키는 것을 확실하게 확인할 수 있었고, 이는 붕소산이 아미드 결합과 결합하여 전자가 풍부한 CD에서 DA/APBA 복합체로 광 유도된 전자 전달을 일으켜 형광 강도를 증가시키 때문이다.Thus, it could be reliably confirmed that CD increased the fluorescence emission of the boronate ester complex, which boronic acid combined with amide bonds, resulting in photoinduced electron transfer from electron-rich CD to DA / APBA complex, increasing fluorescence intensity Because

한편, BA-CD 수용액 및 CD 수용액의 도파민 선택성을 평가하기 위해 생체고분자로서 글루코오스, 락토오스, 아스코르빈산, 요소 및 도파민이 포함된 수용액을 이용하였다.Meanwhile, an aqueous solution containing glucose, lactose, ascorbic acid, urea and dopamine was used as a biopolymer in order to evaluate the dopamine selectivity of the aqueous BA-CD solution and the aqueous CD solution.

관련하여 도 10은 생체고분자들이 포함된 수용액을 (a) CD 수용액에 혼합한 혼합 수용액의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)과, (b) BA-CD 수용액에 혼합한 혼합 수용액의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)을 나타낸 것이다(상기 생체고분자들은 글루코오스, 락토오스, 아스코르빈산, 요소 및 도파민이고, 시험된 분석물의 최종 농도는 각각 0.25mg/ml 및 40uM로 조절되었다).10 shows the PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm) of the mixed aqueous solution containing the aqueous solution containing the biopolymers in (a) the aqueous CD solution, and (b) the PL spectrum of the mixed aqueous solution mixed in the aqueous solution of BA-CD (excitation) Wavelength: 360 nm) (The biopolymers are glucose, lactose, ascorbic acid, urea and dopamine, and final concentrations of the analytes tested were adjusted to 0.25 mg / ml and 40 uM, respectively).

그리고, 도 11은 생체고분자들이 포함된 수용액을 (a) CD 수용액에 혼합한 혼합액의 (F-F0)/F0(여기 파장: 477nm)과, (b) BA-CD 수용액에 혼합한 혼합 수용액의 (F-F0)/F0(여기 파장: 477nm)을 나타낸 것이다(생체고분자들은 글루코오스, 락토오스, 아스코르빈산, 요소 및 도파민이고, F 및 F0는 생체고분자들이 포함된 수용액을 첨가하기 전과 후의 PL 강도이며, 시험된 분석물의 최종 농도는 각각 0.25mg/ml 및 40uM로 조절되었다).11 shows (FF 0 ) / F 0 (excitation wavelength: 477 nm) of a mixed solution obtained by mixing an aqueous solution containing biopolymers with (a) a CD aqueous solution, and (b) a mixed aqueous solution mixed with a BA-CD aqueous solution. (FF 0 ) / F 0 (excitation wavelength: 477 nm) (biopolymers are glucose, lactose, ascorbic acid, urea and dopamine, F and F 0 are PL before and after adding an aqueous solution containing biopolymers). Intensity, and final concentrations of the analytes tested were adjusted to 0.25 mg / ml and 40 uM, respectively).

도 10의 (a) 및 (b)를 참조하면, 생체고분자 수용액이 첨가된 CD 수용액의 경우 모든 생체고분자들에 대한 PL 강도가 매우 낮게 측정되었고, 생체고분자 수용액이 첨가된 BA-CD 수용액의 경우 도파민을 제외한 모든 생체고분자들에 대하여 PL 강도는 CD 수용액의 경우와 유사하게 나타났으나, 도파민에 대한 PL 강도가 매우 높게 측정되었다.Referring to (a) and (b) of FIG. 10, in the case of the aqueous CD solution to which the biopolymer aqueous solution was added, the PL strength of all the biopolymers was measured very low, and in the case of the BA-CD aqueous solution to which the biopolymer aqueous solution was added. For all biopolymers except dopamine, PL strength was similar to that of aqueous CD solution, but the PL strength for dopamine was very high.

도 11의 (a) 및 (b)를 참조하면, 생체고분자 수용액이 첨가된 CD 수용액의 경우 모든 생체고분자에 대한 (F-F0)/F0 값이 3% 내에서 거의 변화하지 않았고, 생체고분자 수용액이 첨가된 BA-CD 수용액의 경우 도파민을 제외한 모든 생체고분자들에 대하여 (F-F0)/F0 값은 CD 수용액의 경우와 유사하게 나타났으나, 도파민에 대한 (F-F0)/F0 값이 매우 높게 측정되었다.Referring to (a) and (b) of FIG. 11, in the case of the aqueous CD solution to which the aqueous biopolymer solution was added, the (FF 0 ) / F 0 values for all the biopolymers were hardly changed within 3%. in the case of the addition of BA-CD aqueous solution for all biopolymers, except for dopamine (FF 0) / F 0 value of I've found similarly to the case of CD aqueous solution, the (FF 0) / F 0 value for the dopamine It was measured very high.

상기의 결과로부터, 477nm에서의 새로운 피크가 보로네이트 에스테르 복합체의 형성에 기인한다는 것과, BA-CD 수용액이 도파민에 대해 매우 선택적임을 확인할 수 있다.From the above results, it can be seen that the new peak at 477 nm is due to the formation of the boronate ester complex, and that the BA-CD aqueous solution is very selective for dopamine.

(4) 도파민 바이오센서(glass BA-CD)의 구조 확인(4) Confirmation of the structure of dopamine biosensor (glass BA-CD)

본 발명에 따라 제조된 BA-CD 복합체를 포함하는 도파민 바이오센서의 구조를 확인하였다.The structure of the dopamine biosensor including the BA-CD complex prepared according to the present invention was confirmed.

관련하여, 앞서 살펴본 도 3의 (c)를 다시 참조하여 유리 기판상에 BA-CD가 고정화된 glass BA-CD를 FT-IR 분석 결과를 살펴보고자 한다.In relation to this, the FT-IR analysis results of the glass BA-CD on which the BA-CD is immobilized on the glass substrate will be described with reference to FIG. 3 (c).

구체적으로, 1725cm-1에서의 C=O 결합의 신축진동 피크 및 1637cm-1에서의 C=C 신축 밴드 사이의 비(r(C=C/C=O))를 계산하여 아크릴 작용기 간의 반응을 확인하였다. 이때 아크릴 작용기 간의 반응이 일어날때 1637cm-1에서의 C=C 신축 밴드는 감소하나, 1725cm-1에서의 C=O 신축진동 피크는 아크릴 작용기와 CD(및 BA-CD)에서 유래되며, 이 피크는 아크릴 작용기 간의 반응에 의해 변하지 않기 때문에 참조 피크로 간주된다.Specifically, by calculating the ratio (r (C = C / C = O)) between the C = C stretching band of the stretching vibration and the peak of 1637cm -1 1725cm -1 C = O bond in the reaction of acrylic functional groups Confirmed. At this time, when the reaction between the acrylic functional groups occur a decrease C = C stretching band at 1637cm -1, C = O stretching vibration peak at 1725cm -1 is derived from the acrylic functional group and the CD (and BA-CD), peak Is considered a reference peak because it does not change by the reaction between the acrylic functional groups.

BA-CD 및 glass BA-CD로부터 박리된 BA-CD에 대한 r(C=C/C=O)는 각각 0.45 및 0.24이며, 이는 유리 기판 상에 BA-CD가 고정되는 동안 아크릴 작용기의 이중 결합이 사라짐을 나타낸다.R (C = C / C = O) for BA-CD peeled from BA-CD and glass BA-CD is 0.45 and 0.24, respectively, which is a double bond of acrylic functional group while BA-CD is fixed on the glass substrate Indicates this disappears.

상기의 결과로부터, TMSPMA로 관능화되어 아크릴 작용기가 도입된 유리 기판 상에 아크릴 작용기를 가지는 BA-CD 복합체가 고정화되어 도파민센서 glass BA-CD가 성공적으로 제조되었음을 확인할 수 있다.From the above results, it can be confirmed that the dopamine sensor glass BA-CD was successfully prepared by immobilizing the BA-CD complex having an acrylic functional group on the glass substrate functionalized with TMSPMA and introducing the acrylic functional group.

(5) 도파민 바이오센서의 도파민 검출 성능 평가(5) Evaluation of Dopamine Detection Performance of Dopamine Biosensor

본 발명에 따라 제조된 BA-CD 복합체를 포함하는 도파민 바이오센서의 도파민 민감도를 평가하고자 농도 별 도파민 수용액에 침지하여 도파민 검출실험을 수행하였다.In order to evaluate the dopamine sensitivity of the dopamine biosensor including the BA-CD complex prepared according to the present invention, a dopamine detection experiment was performed by immersion in an aqueous dopamine solution for each concentration.

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 도파민 바이오센서인 glass BA-CD의 도파민 검출 성능을 평가하기 위한 도면으로서, (a)는 DA 수용액의 농도별 glass BA-DA의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)이며, (b)는 서로 다른 형광 양자 수율(Φs)에 따른 이미지이고, (c)는 PL 강도(여기 파장: 477nm)을 나타낸 것이다.12 is a view for evaluating the dopamine detection performance of the glass BA-CD, a dopamine biosensor according to an embodiment of the present invention, (a) is a PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm), (b) is an image according to different fluorescence quantum yields (Φs), and (c) shows PL intensity (excitation wavelength: 477 nm).

도 12의 (a) 및 (b)를 참조하면, DA 수용액의 농도가 증가할수록 glass BA-CD의 PL 강도가 증가하였고 PL 분광으로 도파민을 검출할 수 있고, DA가 없는 glass BA-CD의 청색 방출이 DA 수용액의 농도가 증가함에 따라 녹색 방출로 변화하였다.Referring to (a) and (b) of FIG. 12, as the concentration of the DA aqueous solution is increased, the PL intensity of the glass BA-CD increases, and dopamine can be detected by PL spectroscopy, and the blue of the glass BA-CD without DA is present. The release turned to green release as the concentration of the aqueous DA solution increased.

도 12의 (c)는 Φ의 함수로서 477nm에서의 PL 강도를 확인할 수 있는데, 스펙트럼의 선형 범위는 0~40uM이고, 검출한계(LOD)는 0.2uM으로, BA-CD 수용액의 스펙트럼과 유사한 결과를 나타내어 BA-CD 수용액과 유사한 감도를 가진다.12 (c) shows the PL intensity at 477 nm as a function of Φ. The linear range of the spectrum is 0 to 40 uM, and the detection limit (LOD) is 0.2 uM, similar to that of the BA-CD aqueous solution. It has similar sensitivity to BA-CD aqueous solution.

이와 같이, 액체 상태의 BA-CD를 유리 기판에 고정화한 glass BA-CD를 도파민센서로 이용함으로써, 색의 변화를 통해 육안으로 도파민의 존재를 쉽게 확인할 수 있고, 운반이 용이하고, 검출 성능을 유지하면서 장기간 보관이 가능한 장점이 있다.In this way, by using the glass BA-CD immobilized on the glass substrate as a dopamine sensor, the presence of dopamine can be easily seen through the color change, and the transport is easy, and the detection performance is improved. It has the advantage of long term storage while maintaining

(6) 도파민 바이오센서의 도파민 선택성 평가(6) Evaluation of Dopamine Selectivity of Dopamine Biosensors

본 발명에 따라 제조된 BA-CD 복합체를 포함하는 도파민 바이오센서의 도파민 선택성을 평가하고자 도파민 이외의 다른 물질을 포함하는 생체고분자 수용액을 이용하여 검출실험을 수행하였다. 구체적으로, 상기 생체고분자 수용액은 글루코오스, 락토오스, 아스코르빈산, 요소, 요산 및 도파민을 이용하여 각각 제조된 것이며, 상기 생체고분자 수용액 5ml에 glass BA-CD를 4시간 30분 동안 침지한 후, glass BA-CD 상의 물기를 제거하여 PL 강도 및 이미지를 분석하였다.In order to evaluate the dopamine selectivity of the dopamine biosensor comprising the BA-CD complex prepared according to the present invention, a detection experiment was carried out using an aqueous biopolymer containing a substance other than dopamine. Specifically, the aqueous biopolymer solution is prepared using glucose, lactose, ascorbic acid, urea, uric acid, and dopamine, respectively, and after immersing glass BA-CD in 5 ml of the aqueous biopolymer solution for 4 hours and 30 minutes, glass The moisture on the BA-CD was removed to analyze the PL intensity and image.

관련하여 도 13은 360nm에서 여기된 glass BA-CD를 생체고분자들의 수용액에 각각 투입한 후 477nm에서 여기시켰을 때의 (F-F0)/F0 및 이미지 나타낸 것이다(생체고분자들은 (i)글루코오스, (ii)락토오스, (iii)아스코르빈산, (iv)요소, (v)요산 및 (vi)도파민이고, F 및 F0는 glass BA-CD가 투입되기 전과 후의 PL 강도이며, 생체고분자 수용액의 농도는 각각 40uM이다).Relevant to FIG. 13 shows (FF 0 ) / F 0 and images when the glass BA-CD excited at 360 nm was added to an aqueous solution of biopolymers, and then excited at 477 nm (biopolymers are (i) glucose, ( ii) lactose, (iii) ascorbic acid, (iv) urea, (v) uric acid and (vi) dopamine, F and F 0 are PL strengths before and after glass BA-CD, and concentration of aqueous biopolymer solution Are 40 uM each).

도 13에 삽입된 이미지를 살펴보면, 도파민을 제외한 다른 생체고분자 수용액에서는 glass BA-CD의 원래 색상인 파란색이 변경되지 않고 그대로 나타났으나, (vi)도파민 수용액에서는 뚜렷한 녹색이 관찰되었다.Looking at the image inserted in Figure 13, in other biopolymer solution except dopamine, the blue color of the original color of the glass BA-CD appeared as it does not change, but (vi) a distinct green color was observed in the dopamine solution.

또한, 도 13의 (F-F0)/F0을 살펴보면, 도파민을 제외한 다른 생체고분자 수용액에서는 거의 0에 가까운 값을 나타내나, (vi)도파민 수용액에서는 약 30으로 측정되었다.In addition, referring to (FF 0 ) / F 0 in FIG. 13, the value was nearly zero in the aqueous solution of biopolymer except for dopamine, but was measured at about 30 in the solution of (vi) dopamine.

이로부터 본 발명에 따른 도파민 바이오센서가 도파민에 대한 높은 선택성을 지니고 있으며, 이를 통해 혈액 내의 다른 생체고분자들로부터 간섭없이 도파민의 존재를 선택적으로 구별할 수 있음을 확인할 수 있다.From this, it can be seen that the dopamine biosensor according to the present invention has a high selectivity for dopamine, through which the presence of dopamine can be selectively distinguished from other biopolymers in the blood without interference.

(7) 도파민 바이오센서의 안정성 평가(7) Evaluation of stability of dopamine biosensor

본 발명에 따라 제조된 BA-CD 복합체를 포함하는 도파민 바이오센서의 안정성을 평가하였다. 구체적으로, 40uM의 도파민 수용액에 침지되지 않은 glass BA-CD, 2주 동안 침지된 glass BA-CD 및 4주 동안 침지된 glass BA-CD를 준비하여 각각의 PL 스펙트럼, 이미지 및 PL 강도를 분석하였다.The stability of the dopamine biosensor comprising the BA-CD complex prepared according to the present invention was evaluated. Specifically, glass BA-CD not immersed in 40uM aqueous dopamine solution, glass BA-CD immersed for 2 weeks and glass BA-CD immersed for 4 weeks were prepared and analyzed for each PL spectrum, image and PL intensity. .

관련하여 도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 도파민 바이오센서인 glass BA-CD의 안정성을 평가하기 위한 도면으로서, (a)는 도파민 수용액에 0주, 2주 및 4주 동안 각각 침지되었던 glass BA-CD의 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm) 및 이미지이고, (b)는 PL 강도(여기 파장: 477nm)를 나타낸 것이다.In relation to Figure 14 is a view for evaluating the stability of the glass BA-CD dopamine biosensor according to an embodiment of the present invention, (a) is a glass that was immersed in dopamine aqueous solution for 0 weeks, 2 weeks and 4 weeks, respectively PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm) and image of BA-CD, and (b) shows PL intensity (excitation wavelength: 477 nm).

도 14의 (a) 및 (b)를 참조하면, 도파민 수용액에 0주, 2주 및 4주 동안 각각 침지되었던 glass BA-CD는 동일한 PL 스펙트럼 및 녹색 방출을 나타내었고, 제조 후 4주가 경과하여도 PL 강도가 떨어지지 않았으며, glass BA-CD의 도파민 검출 성능은 4주 동안 저하되지 않았다.Referring to (a) and (b) of FIG. 14, the glass BA-CD which was immersed in the dopamine aqueous solution for 0, 2, and 4 weeks, respectively, showed the same PL spectrum and green emission. The PL strength did not drop, and the dopamine detection performance of glass BA-CD did not decrease for 4 weeks.

이로부터 본 발명에 따른 도파민 바이오센서는 제조 및 도파민 수용액에 침지된 시간이 4주가 경과하여도 PL 강도가 변하지 않았으므로, 바이오센서의 안정성은 4주 이상일 것으로 판단되고, 고체 상태의 소형 글라스 타입(glass type) 바이오센서로 사용 가능하여 도파민 검출 테스트가 필요할 때 용이하게 운반하여 간편하게 사용할 수 있는 이점이 있다.From this, the dopamine biosensor according to the present invention has not changed PL strength even after 4 weeks of preparation and immersion in the dopamine aqueous solution, so the stability of the biosensor is determined to be 4 weeks or more, and the solid state small glass type ( glass type) It can be used as a biosensor, so it is easy to carry and use when dopamine detection test is needed.

(8) 사람 혈청에서의 도파민 검출 성능평가(8) Evaluation of Dopamine Detection Performance in Human Serum

본 발명에 따라 제조된 BA-CD 복합체 및 BA-CD 복합체를 포함하는 도파민 바이오센서의 사람 혈청 내 도파민 민감도를 평가하고자 묽은 혈청(×10 with DI water)을 이용하여 검출실험을 수행하였다.To evaluate the dopamine sensitivity in human serum of the dopamine biosensor comprising the BA-CD complex and BA-CD complex prepared according to the present invention, a detection experiment was performed using dilute serum (× 10 with DI water).

관련하여 도 15는 사람 혈청 내 도파민의 검출 성능을 평가한 PL 스펙트럼(여기 파장: 360nm)으로서, (a)는 혈청이 첨가된 BA-CD 수용액, (b)는 혈청에 투입된 glass BA-CD의 PL 스펙트럼을 나타낸 것이다.15 is a PL spectrum (excitation wavelength: 360 nm) evaluating the detection performance of dopamine in human serum, (a) is an aqueous solution of BA-CD added with serum, and (b) is a glass BA-CD added to serum. PL spectrum is shown.

또한, 하기의 표 1은 BA-CD 수용액 및 glass BA-CD로 측정된 사람 혈청 내 도파민의 양을 나타낸 것이다.In addition, Table 1 below shows the amount of dopamine in human serum measured by BA-CD aqueous solution and glass BA-CD.

samplesample original DA in Human serum (uM)original DA in Human serum (uM) added DA
(uM)
added DA
(uM)
measured DA
(uM)
measured DA
(uM)
recovery
(%)
recovery
(%)
RDS
(n=3, %)
RDS
(n = 3,%)
1
(BA-CD solution)
One
(BA-CD solution)
00 1010 10.1710.17 101101 1.841.84
2
(BA-CD solution)
2
(BA-CD solution)
00 4040 41.1041.10 103103 1.721.72
3
(glass BA-CD)
3
(glass BA-CD)
00 1010 11.2211.22 112112 1.171.17
4
(glass BA-CD)
4
(glass BA-CD)
00 4040 38.9738.97 9797 1.631.63

원래 사람 혈청 내에 존재하는 도파민은 거의 0uM이었다. 때문에 큰 분자들을 제거하기 위한 원심 분리를 수행한 후, 도파민을 첨가하였다. 첨가되는 도파민 수용액의 농도는 BA-CD 수용액 및 glass BA-CD를 사용한 검량선(도 9의 (c) 및 도 13의 (c))으로부터 결정되었다.The dopamine originally present in human serum was almost 0 uM. Dopamine was added after centrifugation to remove large molecules. The concentration of the added dopamine aqueous solution was determined from the calibration curve (Fig. 9 (c) and Fig. 13 (c)) using a BA-CD aqueous solution and glass BA-CD.

도 15의 (a) 및 (b)를 참조하면, BA-CD 및 glass BA-CD는 도파민 수용액의 농도에 비례하여 PL 강도가 증가하고, 유사한 PL 스펙트럼을 보여 도파민 검출 감도가 비슷한 것을 알 수 있다.Referring to (a) and (b) of FIG. 15, it can be seen that BA-CD and glass BA-CD increase in PL intensity in proportion to the concentration of aqueous dopamine solution, and show similar PL spectra, showing similar dopamine detection sensitivity. .

또한, 상기 표 1을 참조하면, 혈청 내 첨가된 도파민의 양 및 검출된 도파민의 양을 알 수 있다. 각각 10uM 및 40uM의 도파민이 첨가된 sample 1 및 2에 대한 회수율(측정된 도파민 양/첨가된 도파민 양)은 각각 101% 및 103%이고, sample 3 및 4에 대한 회수율은 각각 112% 및 97%로 나타났다. 혈청 내의 다른 생체고분자들에 의한 간섭을 반영하여 100%의 작은 편차가 관찰되었지만, 이러한 편차는 상대적으로 작은 편이다.In addition, referring to Table 1, the amount of dopamine and the amount of dopamine detected in the serum can be seen. The recoveries (measured dopamine amount / added dopamine amount) for samples 1 and 2 with 10 uM and 40 uM dopamine, respectively, were 101% and 103%, respectively, and the recoveries for samples 3 and 4 were 112% and 97%, respectively. Appeared. Small deviations of 100% were observed to reflect interference by other biopolymers in the serum, but these deviations are relatively small.

이로부터 본 발명에 따라 제조된 도파민 바이오센서는 10uM 농도 이상의 도파민을 포함하는 시료 중에서 도파민 검출이 가능한 것을 확인할 수 있다.From this, the dopamine biosensor prepared according to the present invention can confirm that dopamine can be detected in a sample containing dopamine of 10 μM or more.

본 발명의 보론산-카본닷 복합체(BA-CD)는 용매열합성 반응을 통해 카본닷의 표면에 PEGDA 도핑 및 BA를 커플링하여 간단하게 제조하였고, 도파민 검출을 위한 턴온(turn-on) 형광 기반 광학 바이오센서(glass BA-CD)에 적용하였다.Boronic acid-carbon dot complex (BA-CD) of the present invention was prepared simply by coupling PEGDA doping and BA to the surface of the carbon dot through a solvent thermal synthesis reaction, turn-on fluorescence for dopamine detection Based optical biosensor (glass BA-CD).

pH 10에서 농도 0.25mg/ml으로 최적화된 보론산-카본닷 복합체의 수용액은 선형 범위 0~40uM, 검출한계(LOD)는 0.3uM로 나타났으며, 도파민에 대한 높은 선택성으로 우수한 도파민 검출 성능을 확인하였다.The aqueous solution of the boronic acid-carbon dot complex optimized at a concentration of 0.25 mg / ml at pH 10 showed a linear range of 0 to 40 uM and a detection limit (LOD) of 0.3 uM, and showed excellent dopamine detection performance with high selectivity to dopamine. Confirmed.

BA-CD의 말단에 도입된 아크릴 작용기를 통해 TMSPMA로 기능화된 유리 기판에 고정화시켜 본 발명의 바이오센서인, BA-CD로 코팅된 고체 상태의 유리 기판(glass BA-CD)을 제조하였다. 이 glass BA-CD는 안정성, 선택성 및 검출성능이 우수하고, 선형 범위 0~40uM 및 검출한계(LOD) 0.2uM로, BA-CD 수용액의 안정성 등과 유사한 성능을 가지는 것을 확인하였다.Immobilized on a glass substrate functionalized with TMSPMA through an acrylic functional group introduced at the end of BA-CD to prepare a glass substrate in the solid state (BA-CD) coated with BA-CD, the biosensor of the present invention. The glass BA-CD has excellent stability, selectivity, and detection performance, and has a linear range of 0 to 40 uM and a detection limit (LOD) of 0.2 uM, similar to the stability of BA-CD aqueous solution.

또한, 고체 상태의 glass BA-CD는 운반이 용이하고, 장기간 보관이 가능하고, 시간이 지나도 선택성 및 검출 성능이 떨어지지 않으며, 육안으로 도파민의 검출을 확인할 수 있어 사용이 편리하다.In addition, the glass BA-CD in the solid state is easy to transport, can be stored for a long time, selectivity and detection performance is not degraded over time, and it is convenient to use as it can confirm the detection of dopamine with the naked eye.

본 발명에 따른 보론산-카본닷 복합체 및 도파민 바이오센서는 원래 청색의 형광색을 가지나, 도파민이 포함된 시료에 대하여 새로운 형광색인 녹색으로의 색상 변경을 통해 도파민의 존재를 감지할 수 있고, 색상의 감광도 변화를 통해 도파민의 양을 육안으로 용이하게 확인할 수 있다. 이러한 보론산-카본닷 복합체는 다른 고체 상태의 시스템에 적용할 수 있으며, 박막 기반 바이오센서의 개발에 활용될 수 있다.Boronic acid-carbondot complex and dopamine biosensor according to the present invention has a blue fluorescent color of the original, but can detect the presence of dopamine by changing the color to a new fluorescent color green for the sample containing dopamine, Changes in photosensitivity make it easy to visually check the amount of dopamine. The boronic acid-carbon dot complex can be applied to other solid state systems, and can be utilized for the development of thin film-based biosensors.

전술한 내용은 후술할 발명의 청구범위를 더욱 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 상술하였다. 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The foregoing has outlined rather broadly the features and technical advantages of the present invention in order that the claims that follow may be better understood. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the invention is indicated by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the invention.

Claims (8)

디아크릴레이트(diacrylate)계 폴리머 및 단당류로 표면 개질된 카본닷; 및
상기 카본닷의 작용기와 결합되며, 하기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산(aminophenylboronic acid);을 포함하는 보론산-카본닷 복합체.
[화학식 1]
Figure pat00003

Carbon dots surface-modified with diacrylate-based polymers and monosaccharides; And
Boronic acid-carbon dot complex comprising a; and is bonded to the functional group of the carbon dot, aminophenylboronic acid (aminophenylboronic acid) represented by the following formula (1).
[Formula 1]
Figure pat00003

제1항에 있어서,
상기 표면 개질된 카본닷의 말단에는 -COOH 또는 -OH 인 작용기를 포함하고,
상기 아미노페닐보론산의 말단에는 -NH2 인 작용기를 포함하며,
상기 표면 개질된 카본닷 말단의 작용기 및 아미노페닐보론산 말단의 작용기가 화학 결합하는 것을 특징으로 하는 보론산-카본닷 복합체.
The method of claim 1,
At the end of the surface-modified carbon dot includes a functional group -COOH or -OH,
At the terminal of the aminophenyl boronic acid contains a functional group -NH 2 ,
The boronic acid-carbon dot complex, characterized in that the functional group of the surface-modified carbon dot terminal and the functional group of the aminophenyl boronic acid terminal.
제1항에 있어서,
상기 아미노페닐보론산은 2-아미노페닐보론산, 3-아미노페닐보론산, 4-아미노페닐보론산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 보론산-카본닷 복합체.
The method of claim 1,
The aminophenyl boronic acid is any one selected from the group consisting of 2-aminophenyl boronic acid, 3-aminophenyl boronic acid, 4-aminophenyl boronic acid and mixtures thereof.
(1) 디아크릴레이트(diacrylate)계 폴리머 및 단당류를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물을 용매열합성 반응시켜 표면 개질된 카본닷을 준비하는 단계; 및
(2) 상기 표면 개질된 카본닷, 하기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산(aminophenylboronic acid) 및 가교제를 혼합하고 반응시켜 보론산-카본닷 복합체를 완성하는 단계;를 포함하는 보론산-카본닷 복합체의 제조방법.
[화학식 1]
Figure pat00004

(1) preparing a mixture comprising a diacrylate-based polymer and a monosaccharide, and preparing a surface-modified carbon dot by solvent thermal synthesis reaction of the mixture; And
(2) mixing and reacting the surface-modified carbon dot, aminophenylboronic acid represented by Formula 1 below, and a crosslinking agent to complete the boronic acid-carbon dot complex; and boronic acid-carbon dot Method for preparing a composite.
[Formula 1]
Figure pat00004

제4항에 있어서,
상기 표면 개질된 카본닷의 말단에는 -COOH 또는 -OH 인 작용기를 포함하고,
상기 아미노페닐보론산의 말단에는 -NH2 인 작용기를 포함하며,
상기 표면 개질된 카본닷 말단의 작용기 및 아미노페닐보론산 말단의 작용기가 화학 결합하는 것을 특징으로 하는 보론산-카본닷 복합체의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
At the end of the surface-modified carbon dot includes a functional group -COOH or -OH,
At the terminal of the aminophenyl boronic acid contains a functional group -NH 2 ,
The surface-modified carbon dot terminal functional group and aminophenyl boronic acid terminal functional group is characterized in that the chemical bonding of the functional group.
제4항에 있어서,
상기 가교제로 EDC [1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride] 및 NHS (N-hydroxy-succinimide)를 사용하는 것을 특징으로 하는 보론산-카본닷 복합체의 제조방법.
The method of claim 4, wherein
EDC [1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride] and NHS (N-hydroxy-succinimide) are used as the crosslinking agents.
-COOH 또는 -OH 작용기와, 아크릴 작용기가 말단에 도입된 카본닷 및 -NH2 작용기가 말단에 도입되어 상기 카본닷의 -COOH 또는 -OH 작용기와 화학 결합하며 하기 화학식 1로 표시되는 아미노페닐보론산을 포함하는 보론산-카본닷 복합체; 및
메타크릴레이트(methacrylate)계 폴리머로 관능화되어 표면에 아크릴 작용기가 도입된 기재부;를 포함하고,
상기 보론산-카본닷 복합체 및 기재부의 아크릴 작용기 간 반응을 통해 상기 기재부에 보론산-카본닷 복합체가 고정화되는 것을 특징으로 하는 보론산-카본닷 복합체를 이용한 도파민 바이오센서.
[화학식 1]
Figure pat00005

Aminophenyl boron represented by the following general formula (1) by chemically bonding a -COOH or -OH functional group and an acrylic functional group introduced into the terminal and a carbon dot and -NH 2 functional group introduced into the terminal and chemically bonding to the -COOH or -OH functional group of the carbon dot Boronic acid-carbondot complex comprising acid; And
And a substrate portion functionalized by a methacrylate-based polymer and having an acrylic functional group introduced to the surface thereof.
A dopamine biosensor using boronic acid-carbondot complex, characterized in that the boronic acid-carbondot complex is immobilized on the substrate portion through a reaction between the boronic acid-carbondot complex and an acrylic functional group of the substrate portion.
[Formula 1]
Figure pat00005

제7항에 있어서,
상기 아미노페닐보론산의 B(OH)2 및 도파민의 cis-diol 반응의 생성물인 보로네이트 에스테르 복합체로 인한 형광색 변화와 형광 강도 변화를 통해 도파민을 검출하는 것을 특징으로 하는 보론산-카본닷 복합체를 이용한 도파민 바이오센서.
The method of claim 7, wherein
Boron acid-carbon dot complex characterized in that the dopamine is detected by the change in fluorescence color and fluorescence intensity due to the boronate ester complex which is the product of cis-diol reaction of B (OH) 2 and dopamine of aminophenylboronic acid Dopamine biosensors used.
KR1020180024483A 2018-02-28 2018-02-28 Boronic acid-carbon dot complex having selective detection properties of dopamine, a method for producing the same, and a dopamine biosensor using the same KR102063660B1 (en)

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