KR20200068968A - FLEXIBLE pH SENSOR CABLE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 pH 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 분석 시료에 대한 전위차를 기초로 pH를 측정하도록 구성된 pH 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pH sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a pH sensor configured to measure pH based on a potential difference for an analyte sample and a method for manufacturing the same.
정확하고 신뢰할 수 있는 pH 측정은, 화학, 생물 및 환경 분석, 식품 과학, 인간 건강 관리 및 질병 진단에 이르는 다양한 분야에서 중요할 수 있다. 특히, 의료 및 진단 응용 분야에 대한 수요가 급격히 증가함에 따라 눈물, 타액, 소변 및 땀과 같은 체액 (Body fluid) 의 pH 변화를 모니터링하는 것에 대한 중요도가 증가되었다.Accurate and reliable pH measurements can be important in a variety of fields, from chemical, biological and environmental analysis, food science, human health care and disease diagnosis. In particular, as the demand for medical and diagnostic applications has rapidly increased, the importance of monitoring pH changes of body fluids such as tears, saliva, urine and sweat has increased.
예를 들어, 건강한 피부에서 산성에서 중성으로 또는 약 염기성으로의 pH 값의 변화는 감염의 존재를 의미 할 수 있다. 나아가, 만성 치주염 환자의 타액 pH는 임상적으로 건강한 치아 조직을 갖는 환자에 비하여 더 알칼리성일 수 있다. 이에 타액의 pH 값은 치아 건강을 결정하는 것에 있어 중요할 수 있다. 또한, 소변의 pH는 또한 대사 증후군 및 신장 질환과 관련된 건강 상태와 연관될 수 있다. For example, a change in pH value from acidic to neutral or weakly basic in healthy skin may indicate the presence of an infection. Furthermore, the saliva pH of chronic periodontitis patients may be more alkaline than those with clinically healthy dental tissue. Therefore, the saliva pH value may be important in determining dental health. In addition, the pH of urine may also be associated with metabolic syndrome and health conditions associated with kidney disease.
이와 같은 이유로, 체액과 같은 분석 시료의 pH를 보다 용이하게 측정할 수 있는 pH 센서가 개발되었다. 이러한 pH 센서의 개발은, 특히, 뇌액, 상처 액, 단백질 또는 작은 분자 시료에 대하여 적은 양의 시료가 존재하는 제한된 환경에서 이들 시료의 pH의 측정이 가능하게 하였다. For this reason, a pH sensor has been developed that can more easily measure the pH of analyte samples, such as body fluids. The development of these pH sensors has made it possible to measure the pH of these samples, especially in limited environments where small amounts of samples are present for brain, wound, protein or small molecule samples.
한편, 대부분의 pH 센서들은, 전위차 전극 (potentiometric electrode), 이온 감음성 전계 효과 트랜지스터 (ion-sensitive field-effect transistor), 화학 저항성 트랜지스터 (chemo-resistor transistor) 를 기반으로 pH를 측정하기 위해, 금 박막이 기판의 표면에 증착된 형태를 갖는다.On the other hand, most pH sensors use gold to measure pH based on potentiometric electrodes, ion-sensitive field-effect transistors, and chemo-resistor transistors. The thin film has a form deposited on the surface of the substrate.
그러나, 이러한 종래의 pH 센서는, 도전층 (conductive layer) 에서 금의 고유한 취성으로 인해, 기계적 응력 (mechanical stress) 또는 가혹한 화학적 조건 하에서 기판으로부터의 불안전한 접착 또는 박리와 같은 문제를 야기할 수 있다. However, these conventional pH sensors may cause problems such as unstable adhesion or peeling from the substrate under mechanical stress or harsh chemical conditions, due to the inherent brittleness of gold in the conductive layer. have.
이에, 전술한 종래의 pH 센서들의 구조적 특성에 의해 야기되는 문제점들을 해결하고, 보다 용이하게 체액과 같은 분석 시료의 pH를 측정할 수 있는, 새로운 pH 센서의 개발이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. Accordingly, there is a continuous need to develop a new pH sensor that solves the problems caused by the structural characteristics of the above-described conventional pH sensors and can more easily measure the pH of an analysis sample such as body fluid.
발명의 배경이 되는 기술은 본 발명에 대한 이해를 보다 용이하게 하기 위해 작성되었다. 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 사항들이 선행기술로 존재한다고 인정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The technology that is the background of the invention was created to facilitate understanding of the present invention. It should not be understood that the items described in the background of the invention are recognized as prior art.
전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해, 탄소 나노 튜브 및 그래핀 (graphene) 과 같은 탄소 나노 물질 기반의 pH 센서가 등장하였다. To solve the above-described problems, a carbon nanomaterial-based pH sensor such as carbon nanotube and graphene has appeared.
이러한 탄소 나노 물질 기반의 pH 센서는 기계적 및 센서 성능을 향상 시킬 수 있으나, 탄소 나노 물질 제조의 높은 단가 및 낮은 수율로 제조 비용이 증가되는 문제점을 야기할 수 있다. The carbon nanomaterial-based pH sensor may improve mechanical and sensor performance, but may cause a problem that manufacturing cost increases due to high cost and low yield of carbon nanomaterial production.
한편, 본 발명의 발명자들은, 탄소 케이블 (carbon cable) 로 구성된 전극을 pH 센서에 적용함으로써 전술한 문제점들이 개선될 수 있음을 인식할 수 있었다. Meanwhile, the inventors of the present invention were able to recognize that the above-described problems can be improved by applying an electrode composed of a carbon cable to a pH sensor.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 탄소 케이블로 구성된 전극을 pH 센서에 적용함으로써, 종래의 pH 센서보다 기계적 물성이 향상되고, 유연성이 증가될 수 있음을 인식할 수 있었다. 나아가, 본 발명의 발명자들은 이러한 구조적 특징이 높은 전도율을 제공한다는 점을 인지할 수 있었다.More specifically, the inventors of the present invention were able to recognize that by applying an electrode composed of a carbon cable to a pH sensor, mechanical properties were improved and flexibility could be increased compared to a conventional pH sensor. Furthermore, the inventors of the present invention were able to recognize that this structural feature provides high conductivity.
또한, 본 발명의 발명자들은. 이러한 유연성이 향상된 pH 센서가, 과도한 사용, 긁힘 또는 손상에 의한 분석의 재현성 및 안전성의 결여를 극복할 수 있음에 주목하였다. 관련하여, 본 발명의 발명자들은 상기와 같은 장점을 갖는 pH 센서가 특히 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, 종래의 pH 센서보다 적용 범위가 넓어질 수 있음을 인지할 수 있었다. In addition, the inventors of the present invention. It has been noted that this improved pH sensor can overcome the lack of reproducibility and safety of the assay due to excessive use, scratching or damage. In connection with this, the inventors of the present invention were able to recognize that the range of application can be wider than that of a conventional pH sensor, as a pH sensor having the above advantages can be particularly suitable as a wearable sensor.
그 결과, 본 발명의 발명자들은 두 가지 타입의 케이블로 구성된 pH 센서를 개발하기에 이르렀다.As a result, the inventors of the present invention have developed a pH sensor composed of two types of cables.
보다 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 pH 민감성 물질이 코팅되어 분석 시료의 pH에 따른 전압을 측정하도록 구성된 탄소 케이블 및 반쪽 전지 전위성을 부여하는 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅된 탄소 케이블의 두 가지 타입의 케이블로 구성된 pH 센서를 개발할 수 있었다. More specifically, the inventors of the present invention have two types of carbon cables coated with a pH-sensitive material and configured to measure the voltage according to the pH of the analyte sample, and carbon cables coated with a half-cell reactive material that imparts half-cell potential. A pH sensor consisting of a cable could be developed.
본 발명의 발명자들은 이와 같은 pH 센서에서 두 개의 탄소 케이블 간의 전위차를 기초로 분석 시료에 대한 pH를 분석할 수 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 본 발명의 발명자들은 상기 pH 센서가 pH 센서 케이블로서 적합한 전기 전도도를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 나아가, 본 발명의 발명자들은 두 개의 탄소 케이블로 구성된 pH 센서가 소량으로 존재하는 분석 시료에 대하여 상용되는 pH 미터와 유사한 수준의 민감도 및 정확도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.The inventors of the present invention were able to confirm that the pH of the analysis sample can be analyzed based on the potential difference between the two carbon cables in the pH sensor. In particular, the inventors of the present invention were able to confirm that the pH sensor has a suitable electrical conductivity as a pH sensor cable. Furthermore, the inventors of the present invention were able to confirm that the pH sensor composed of two carbon cables has a level of sensitivity and accuracy similar to that of a commercially available pH meter for an analyte sample present in a small amount.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질 (pH sensitive material) 이 탄소 케이블 (carbon cable) 상에 코팅된 제1 케이블, 및 반쪽 전지 전위성을 부여하는 반쪽 전지 반응성 물질이 탄소 케이블 상에 코팅된 제2 케이블을 포함하는 pH 센서를 제공하는 것이다.Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to provide a first cable coated with a pH sensitive material having a different potential according to the hydrogen ion concentration on a carbon cable, and a half cell potential. The half-cell reactive material is to provide a pH sensor comprising a second cable coated on a carbon cable.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 체액과 같은 분석 시료, 예를 들어 땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액에 대하여 높은 민감도 및 정확도로 pH를 측정하도록 구성된 pH 센서를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is an analysis sample such as body fluid, for example, sweat, saliva, urine, blood, plasma, serum, tears, pus, gastric juice, intestinal fluid, ocular fluid, intraperitoneal fluid, vaginal fluid, cerebrospinal fluid, and body cavity It is to provide a pH sensor configured to measure pH with high sensitivity and accuracy for liquids.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, pH 센서 내에서 제1 케이블 및 제2 케이블의 타단에 각각 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부 및 측정부와 연결되어 pH를 출력하도록 구성된 pH 센서를 제공하는 것이다.Another problem to be solved by the present invention is a pH sensor connected to the other end of the first cable and the second cable in the pH sensor, and configured to measure a potential difference, and a pH sensor configured to output a pH connected to the measurement unit. Is to provide
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 제1 케이블을 획득하도록, 탄소 케이블 상에 pH 민감성 물질을 코팅하는 단계, 및 제2 케이블을 획득하도록 획득하도록, 제1 케이블과 상이한 탄소 케이블 상에 반쪽 전지 전위성을 부여하는 반쪽 전지 반응성 물질을 코팅하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another problem to be solved by the present invention is to obtain a first cable, coating a pH sensitive material on a carbon cable, and obtaining a second cable to obtain a second cable, a halves on a different carbon cable. It is to provide a method for producing a pH sensor, comprising the step of coating a half cell reactive material that imparts cell potential.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 포함하는 pH 센서가 제공된다. 본 발명의 pH 센서는 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질 (pH sensitive material), 반쪽 전지 반응성 물질, 제1 케이블 (carbon cable) 로 이루어지고, 제1 케이블의 적어도 일부에 pH 민감성 물질이 코팅된 제1 케이블 및 제2 케이블로 이루어지고 제2 케이블의 적어도 일부에 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅된 제2 케이블을 포함한다.In order to solve the problems as described above, a pH sensor including a substrate according to an embodiment of the present invention is provided. The pH sensor of the present invention is composed of a pH sensitive material (pH sensitive material), a half cell reactive material, a first cable (carbon cable) having a different potential depending on the concentration of hydrogen ions in the analyte sample, and at least a portion of the first cable and a second cable made of a first cable and a second cable coated with a pH-sensitive material and coated with a half cell reactive material on at least a portion of the second cable.
본 발명의 특징에 따르면, pH 민감성 물질은 제1 케이블의 일단에 코팅될 수 있다. According to a feature of the invention, the pH sensitive material can be coated on one end of the first cable.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 반쪽 전지 반응성 물질은 제2 케이블의 일단에 코팅될 수 있다. According to another feature of the invention, the half cell reactive material may be coated on one end of the second cable.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 분석 시료는 땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다. According to another feature of the invention, the analysis sample is at least one of the group consisting of sweat, saliva, urine, blood, plasma, serum, tears, pus, gastric juice, intestinal fluid, eye fluid, abdominal fluid, vaginal fluid, cerebrospinal fluid, and body fluids Can be
본 발명의 다른 특징에 따르면, pH 민감성 물질은, 폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiopHene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(ppHenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다. According to another feature of the invention, the pH-sensitive material, polyaniline (polyaniline), polypyrrole (polypyrrole), poly-N-methylpyrrole (poly-N-methylpyrrole), polythiophene (polythiopHene), poly (ethylenedioxythiophene) ) (poly(ethylenedioxythiopHene)), poly-3-methylthiopHene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT), poly(p -Phenylenevinylene) (poly(ppHenylenevinylene); PPV) and polyfuran (polyfuran).
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 반쪽 전지 반응성 물질은, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl이 포화된 칼로멜 반전지(SCE) 및 염다리 (Salt bridge) 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다. According to another feature of the present invention, the half-cell reactive material is Ag/AgCl, Ag, Hg 2 SO 4 , Ag/Ag + , Hg/Hg 2 SO 4 , RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg 2 Cl 2 , Ag/Ag 2 SO 4 , Cu/CuSO 4 , KCl saturated calomel half cell (SCE) and salt bridge (Salt bridge) platinum.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 pH 센서는 제1 케이블 및 제2 케이블의 일단 각각에 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함할 수 있다. According to another feature of the present invention, the pH sensor of the present invention may further include a potential measuring unit connected to one end of the first cable and the second cable, and configured to measure a potential difference.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 pH 센서는 전위 측정부와 연결되어 pH를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함할 수 있다. According to another feature of the present invention, the pH sensor of the present invention may further include an output unit configured to output a pH in connection with a potential measurement unit.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 케이블 또는 제2 케이블은 전도성 케이블일 수 있다. According to another feature of the invention, the first cable or the second cable may be a conductive cable.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전도성 케이블은, 복수개의 카본 파이버 가닥 (carbon fiber thread), 카본 블랙 (carbon black), 카본 그래파이트 (carbon graphite), 그래핀 (graphene), 풀러린 (fullerene), 카본 나노튜브 (carbon nanotube), 카바이드 (carbides), Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, 및 이들의 화합물 중 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다.According to another feature of the invention, the conductive cable, a plurality of carbon fiber strands (carbon fiber thread), carbon black (carbon black), carbon graphite (carbon graphite), graphene (graphene), fullerene (fullerene), carbon It may be composed of at least one material of a nanotube (carbon nanotube), carbide (carbides), Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, and their compounds.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명의 pH 센서는 제1 케이블 또는 제2 케이블의 적어도 한 면을 외부에서 감싸도록 구성된 피복 물질 코팅층을 더 포함할 수 있다. According to another feature of the present invention, the pH sensor of the present invention may further include a coating material coating layer configured to wrap at least one side of the first cable or the second cable from the outside.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 피복 물질 코팅층은 폴리머, 세라믹 및 부전도체성 물질 중 적어도 하나의 물질로 구성될 수 있다. According to another feature of the invention, the coating material coating layer may be composed of at least one material of a polymer, ceramic and non-conductive material.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 센서의 전기 전도도 (electrical conductivity) 는, 30 S/m 내지 40 S/m일 수 있다.According to another feature of the invention, the electrical conductivity of the pH sensor (electrical conductivity) may be 30 S / m to 40 S / m.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, pH 센서의 민감도는, 55 mV/pH 내지 65 mV/pH일 수 있다. According to another feature of the present invention, the sensitivity of the pH sensor may be 55 mV/pH to 65 mV/pH.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 기판을 포함하는 pH 센서의 제조 방법이 제공 된다. 본 발명의 방법은, 제1 케이블을 획득하도록, 제1 케이블 상에 분석 시료의 수소 이온의 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질을 코팅하는 단계, 및 제2 케이블을 획득하도록, 제2 케이블 상에 반쪽 전지 반응성 물질을 코팅하는 단계를 포함한다. In order to solve the problems as described above, a method of manufacturing a pH sensor including a substrate according to an embodiment of the present invention is provided. The method of the present invention comprises the steps of coating a pH-sensitive material having a different potential according to the concentration of hydrogen ions in an analyte sample on a first cable, to obtain a first cable, and a second cable to obtain a second cable And coating the half cell reactive material onto the phase.
본 발명의 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 코팅하는 단계는, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 탄소 케이블의 일단에 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention, the step of coating the pH-sensitive material is polyaniline, polypyrrole, poly-N-methylpyrrole, polythiophene, poly(ethylenedioxythiophene), poly-3-methylthiophene, poly(3 ,4-ethylenedioxythiophene), poly(p-phenylenevinylene), and polyfuran.
본 발명의 특징에 따르면, 반쪽 전지 반응성 물질을 코팅하는 단계는, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl이 포화된 칼로멜 반전지(SCE) 및 염다리 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 탄소 케이블의 일단에 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention, the step of coating the half-cell reactive material is Ag/AgCl, Ag, Hg 2 SO 4 , Ag/Ag + , Hg/Hg 2 SO 4 , RE-6H, Hg/HgO, Hg/ It may include the step of coating at least one of the group consisting of Hg 2 Cl 2 , Ag/Ag 2 SO 4 , Cu/CuSO 4 , KCl saturated calomel half cell (SCE) and salt bridge platinum on one end of the carbon cable. .
본 발명의 특징에 따르면, 제1 케이블 또는, 제2 케이블은, 복수개의 탄소 파이버 가닥으로 구성될 수 있다. According to a feature of the present invention, the first cable or the second cable may be composed of a plurality of carbon fiber strands.
본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 pH 센서의 제조 방법은, 제1 케이블 또는 제2 케이블의 적어도 한 면을 외부에서 감싸도록 피복 물질 코팅층을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to a feature of the present invention, the method for manufacturing a pH sensor of the present invention may further include coating a coating material coating layer to surround at least one surface of the first cable or the second cable from the outside.
본 발명은, 도전층에서 금의 고유한 취성으로 인해, 기계적 응력 또는 가혹한 화학적 조건 하에서 기판으로부터의 불안전한 접착 또는 박리와 같은 문제를 갖는 종래의 pH 센서가 갖는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다. The present invention has an effect of solving the problems of the conventional pH sensor having problems such as unstable adhesion or peeling from the substrate under mechanical stress or harsh chemical conditions, due to the inherent brittleness of gold in the conductive layer.
보다 구체적으로, 본 발명은 두 개의 탄소 케이블로 구성된 pH 센서를 제공함으로써, 종래의 pH 센서보다 기계적 물성이 향상되고, 유연성이 증가될 수 있다.More specifically, the present invention provides a pH sensor composed of two carbon cables, thereby improving mechanical properties and increasing flexibility than a conventional pH sensor.
특히, 본 발명은 이러한 구조적 특정에 따라, 종래의 pH 센서보다 높은 전도율을 갖는 pH 센서를 제공할 수 있다.In particular, the present invention can provide a pH sensor having a higher conductivity than a conventional pH sensor according to this structural characteristic.
나아가, 본 발명은, 유연성이 향상된 pH 센서가, 과도한 사용, 긁힘 또는 손상에 의한 분석의 재현성 및 안전성의 결여를 극복할 수 있는 효과가 있다. 이에, 본 발명은 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, pH 센서의 적용 범위 확장에 기여할 수 있다. Furthermore, the present invention has an effect that the pH sensor with improved flexibility can overcome the lack of reproducibility and safety of analysis due to excessive use, scratching, or damage. Accordingly, as the present invention can be suitable as a wearable sensor, it can contribute to the expansion of the range of application of the pH sensor.
본 발명은 소량으로 존재하는 분석 시료에 대하여 상용되는 pH 미터와 유사한 수준의 민감도 및 정확도를 가질 수 있는 효과가 있다. 이에, 본 발명은 pH 미터를 대체하여 보다 용이하게 분석 시료에 대한 pH를 분석할 수 있는 효과가 있다. The present invention has an effect that can have a similar level of sensitivity and accuracy to a commercially available pH meter for analyte samples present in small amounts. Thus, the present invention has the effect of replacing the pH meter to more easily analyze the pH of the analysis sample.
특히, 본 발명은 소량으로 존재하는 땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액과 같은 체액에 대하여 높은 민감도 및 정확도로 pH를 측정할 수 있는 효과가 있다. In particular, the present invention has a high sensitivity and accuracy against bodily fluids such as sweat, saliva, urine, blood, plasma, serum, tears, pus, gastric juice, intestinal fluid, ocular fluid, abdominal fluid, vaginal fluid, cerebrospinal fluid, and body fluids present in small amounts. It has the effect of measuring the pH.
본 발명은, 피검에 대한 화학적 또는 생물학적 반응에 따른 pH 변화를 실시간으로 모니터링하기에 용이할 수 있다. 이에, 의료 및 진단 응용 분야에서, 질환 및 건강 상태와 연관된 다양한 임상적 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다. The present invention may be easy to monitor in real time the pH change according to the chemical or biological reaction to the test. Thus, in medical and diagnostic applications, it is effective to provide various clinical information related to diseases and health conditions.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.The effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more various effects are included in the present specification.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서를 예시적으로 도시한 것이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 제조 방법의 절차를 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 대한, pH 변화에 따른 기전력 (electromotive force, EMF) 의 분석 결과를 도시한 것이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서 및 상용되는 pH 미터에 대한, pH 측정 결과를 도시한 것이다.1A is an exemplary pH sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 1b shows the configuration of the pH sensor according to an embodiment of the present invention by way of example.
Figure 2 shows a procedure of a method of manufacturing a pH sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a shows the results of the analysis of the electromotive force (EMF) according to the pH change for the pH sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b shows the pH measurement results for a pH sensor and a commercially available pH meter according to an embodiment of the present invention.
발명의 이점, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 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 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages of the present invention and methods for achieving them will be made clear by referring to embodiments described below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, and only the embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and the ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the invention is only defined by the scope of the claims.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우, '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.The shapes, sizes, ratios, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings for describing the embodiments of the present invention are exemplary and the present invention is not limited to the illustrated matters. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. When'include','have','consist of', etc. mentioned in this specification are used, other parts may be added unless'~man' is used. When a component is expressed as a singular number, the plural number is included unless otherwise specified.
구성요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.In interpreting the components, it is interpreted as including the error range even if there is no explicit description.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.Each of the features of the various embodiments of the present invention may be partially or totally combined or combined with each other, and technically various interlocking and driving may be possible as those skilled in the art can fully understand, and each of the embodiments may be implemented independently of each other. It can also be implemented together in an association relationship.
본 명세서의 해석의 명확함을 위해, 이하에서는 본 명세서에서 사용되는 용어들을 정의하기로 한다.For clarity of interpretation of the present specification, hereinafter, terms used in the specification will be defined.
본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서는, 분석 시료의 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 pH 민감성 물질이 탄소 케이블 상에 코팅된 제1 케이블, 및 반쪽 전지 반응성 물질이 탄소 케이블 상에 코팅된 제2 케이블을 포함한다. The pH sensor according to an embodiment of the present invention includes a first cable coated with a pH-sensitive material having a different potential according to the concentration of hydrogen ions in an analyte sample on a carbon cable, and a half-cell reactive material coated on a carbon cable. And a second cable.
이러한 구조적 특징에 의해, 본 발명의 pH 센서는, 두 개의 케이블에 대한 전위차를 기초로 pH를 측정할 수 있도록 구성된다. Due to these structural features, the pH sensor of the present invention is configured to measure pH based on a potential difference between two cables.
본 명세서에서 사용되는 용어, "분석 시료"는 pH를 측정하고자 하는 모든 시료를 의미할 수 있다. 바람직하게, 분석 시료는 유체 시료일 수 있다. 예를 들어, 세포 용해물, 전혈, 혈장, 혈청, 침, 안구액, 뇌척수액, 땀, 뇨, 젖, 복수액, 활액 및 복막액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어 시료는, 본 발명의 pH 센서의 이용 목적에 따라 사용자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. As used herein, the term "analytical sample" may mean any sample that is intended to measure pH. Preferably, the analyte sample can be a fluid sample. For example, cell lysate, whole blood, plasma, serum, saliva, ocular fluid, cerebrospinal fluid, sweat, urine, milk, ascites fluid, synovial fluid, and peritoneal fluid, but is not limited thereto. For example, the sample can be easily selected by the user according to the purpose of use of the pH sensor of the present invention.
선택적으로, 시료는, 그 종류에 따라 본 발명의 pH 센서에 처리되기 전에 용해 (lysis) 될 수도 있다Optionally, the sample may be dissolved prior to being processed by the pH sensor of the present invention, depending on its type.
본 명세서에서 사용되는 용어, "pH 센서"는, pH를 측정하기 위한 센서의 총칭으로, 시료 중에 복수의 전극을 침지시켜, 전극 간 전위차, 전류 또는 교류 임피던스를 측정함으로써 정량적으로 및/또는 정성적으로 pH를 분석하는 전기 화학적 기술이 적용된 센서를 의미할 수 있다.As used herein, the term "pH sensor" is a generic term for a sensor for measuring pH. Quantitatively and/or qualitatively by immersing a plurality of electrodes in a sample to measure potential difference between electrodes, current or alternating current impedance. It can mean a sensor that is applied with electrochemical technology to analyze pH.
한편, 대부분의 pH 센서들은 전위차, 이온 감음성 전계 효과 트랜지스터, 화학 저항성 트랜지스터를 기반으로 pH를 측정하기 위해, 금 박막이 기판의 표면에 증착된 형태를 갖는다. 그러나, 이러한 pH 센서들은, 도전층에서 금의 고유한 취성으로 인해, 기계적 응력 또는 가혹한 화학적 조건 하에서 기판으로부터의 불안전한 접착 또는 박리와 같은 문제가 야기될 수 있다. 이에, 분석의 재현성이 떨어지고 pH 측정의 민감도 및 정확도가 떨어질 수 있다.On the other hand, most pH sensors have a form in which a gold thin film is deposited on the surface of a substrate to measure pH based on a potential difference, an ion-sensitive field effect transistor, and a chemical resistance transistor. However, these pH sensors can cause problems such as unstable adhesion or peeling from the substrate under mechanical stress or harsh chemical conditions, due to the inherent brittleness of gold in the conductive layer. As a result, the reproducibility of the analysis is poor and the sensitivity and accuracy of the pH measurement may be deteriorated.
본 발명은, 이러한 문제를 해결하기 위해 2 개의 케이블로 구성된 pH센서를 제공한다. The present invention provides a pH sensor composed of two cables to solve this problem.
본 명세서에서 사용되는 용어, "케이블"은 전기 전도성을 갖는 전도성 케이블일 수 있다. 예를 들어, 케이블은, 복수개의 카본 파이버 가닥 (carbon fiber thread), 카본 블랙 (carbon black), 카본 그래파이트 (carbon graphite), 그래핀 (graphene), 풀러린 (fullerene), 카본 나노튜브 (carbon nanotube), 카바이드 (carbides) 중 적어도 하나의 유기물으로 구성된 전도성 케이블, 또는 비전도성 케이블 상에 상기 유기물들이 코팅된 전도성 케이블일 수 있다. As used herein, the term "cable" may be a conductive cable having electrical conductivity. For example, the cable may include a plurality of carbon fiber threads, carbon black, carbon graphite, graphene, fullerene, and carbon nanotubes. , A conductive cable composed of at least one organic material among carbides, or a conductive cable coated with the organic materials on a non-conductive cable.
나아가, 케이블은, Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, 및 이들의 합금 중 적어도 하나의 금속으로 구성된 케이블, 또는 비전도성 케이블 상에 상기 금속이 코팅된 전도성 케이블일 수도 있다.Furthermore, the cable is coated with a metal made of at least one metal of Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, and alloys thereof, or the metal is coated on a non-conductive cable. It may be a conductive cable.
바람직하게, 본 발명의 케이블은, 복수개의 탄소 파이버 가닥으로 구성된 전도성 케이블일 수 있다. 이러한 탄소 케이블은 탄소 직물 (carbon cloth) 로부터 유래할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 본 발명의 케이블은, 이에 제한되지 않고 전기 전도성을 갖는 한 보다 다양한 물질로 구성되거나 코팅된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 케이블은 유기물, 금속 및 폴리머가 혼합된 전도성 케이블일 수 도 있다. Preferably, the cable of the present invention may be a conductive cable composed of a plurality of carbon fiber strands. The carbon cable may be derived from a carbon cloth, but is not limited thereto. Furthermore, the cable of the present invention is not limited to this, and may have a form composed of or coated with various materials as long as it has electrical conductivity. For example, the cable of the present invention may be a conductive cable in which organic materials, metals and polymers are mixed.
한편, 탄소 케이블은 다루기 용이하고, 가격이 저렴하며, 높은 전기 전도성 및 유연성을 가지고 있음에 따라, pH 센서의 소재로서 적합할 수 있다. On the other hand, carbon cables are easy to handle, inexpensive, and have high electrical conductivity and flexibility, and thus can be suitable as a material for pH sensors.
따라서, 탄소 케이블로 구성된 본 발명의 pH 센서는, 종래의 pH 센서보다 향상된 기계적 물성을 가질 수 있다. Therefore, the pH sensor of the present invention composed of a carbon cable may have improved mechanical properties than a conventional pH sensor.
본 명세서에서 사용되는 용어, "제1 케이블"은 pH 센서 내에서 분석 시료의 전위를 측정하도록 구성된 센싱 전극을 의미할 수 있다. 특히, 제1 케이블은 수소 이온 농도 의존적으로 전위가 바뀌는 pH 민감성 물질이 코팅되어 있어, pH 측정을 위해 분석 시료와 직/간접적으로 반응하도록 구성될 수 있다. As used herein, the term “first cable” may mean a sensing electrode configured to measure the potential of an analyte in a pH sensor. In particular, the first cable is coated with a pH-sensitive material whose potential changes depending on the concentration of hydrogen ions, and thus can be configured to react directly or indirectly with the analyte sample for pH measurement.
예를 들어, 제1 케이블은, 분석 시료와 반응도록 pH 민감성 물질이 상기 제1 케이블의 일단에 코팅되어 형성될 수 있다. 이때, pH 민감성 물질은, 제1 케이블의 일단과 같이 일부 영역에 코팅될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 제1 케이블의 전체 영역에 코팅될 수도 있다. For example, the first cable may be formed by coating a pH-sensitive material on one end of the first cable to react with the analyte sample. At this time, the pH-sensitive material may be coated on some areas, such as one end of the first cable, but is not limited thereto, and may be coated on the entire area of the first cable.
본 명세서에서 사용되는 용어, "pH 민감성 물질"은 수소 이온 농도에 따라 상이한 전위를 갖는 물질을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 본원 명세에서 이용된 pH 민감성 물질은, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나일 수 있다. 바람직하게, pH 민감성 물질은 폴리아닐린일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. As used herein, the term “pH sensitive material” may mean a material having a different potential depending on the hydrogen ion concentration. More specifically, the pH-sensitive materials used in the present specification include polyaniline, polypyrrole, poly-N-methylpyrrole, polythiophene, poly(ethylenedioxythiophene), poly-3-methylthiophene, poly(3,4) -Ethylenedioxythiophene), poly(p-phenylenevinylene), and polyfuran. Preferably, the pH-sensitive material may be polyaniline, but is not limited thereto.
본 명세서에서 사용되는 용어, "제2 케이블"은 pH변화에 안정적 전위를 갖는 반쪽 전지 전위성 탄소 케이블을 의미할 수 있다. 이러한 제2 케이블의 전위는 미리 결정되어 있을 수 있음에 따라, 제1 케이블을 통해 분석 시료의 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 기준이 될 수 있는 기준 전극으로 이용될 수 있다. As used herein, the term “second cable” may mean a half cell dislocation carbon cable having a stable potential for pH change. Since the potential of the second cable may be determined in advance, it may be used as a reference electrode that can be used as a reference when measuring the electromotive force or electrode potential of the analysis sample through the first cable.
한편, 이러한 제2 케이블은 반쪽 전지 반응성을 부여하는 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅되어 있을 수 있다. Meanwhile, the second cable may be coated with a half-cell reactive material that imparts half-cell reactivity.
본 발명의 특징에 따르면, 제2 케이블의 일 단에 반쪽 전지 전위성을 부여하는 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅될 수 있다. 이때, 반쪽 전지 반응성 물질은, 제2 케이블의 일단과 같이 일부 영역에 코팅될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 제2 케이블의 전체 영역에 코팅될 수도 있다. According to a feature of the present invention, a half-cell reactive material that imparts half-cell potential to one end of the second cable may be coated. In this case, the half-cell reactive material may be coated on some areas, such as one end of the second cable, but is not limited thereto, and may be coated on the entire area of the second cable.
본 명세서에서 사용되는 용어, "반쪽 전지"는 산화 또는 환원의 반쪽 반응에 따른 전위차가 발생하는 전지를 의미할 수 있다. 이에, 제1 케이블에서 분석 시료의 pH에 따라 산화 또는 환원 반응이 일어날 때, 제2 케이블은 반쪽 전지 전위성을 가질 수 있음에 따라, 제1 케이블과 상이한 환원 전극 또는 산화 전극으로 나타날 수 있다. 따라서, 제1 케이블에서의 발생 전위가 추정될 수 있다. As used herein, the term "half cell" may mean a cell in which a potential difference occurs according to a half reaction of oxidation or reduction. Accordingly, when an oxidation or reduction reaction occurs depending on the pH of the analyte sample in the first cable, the second cable may appear as a different reduction electrode or oxidation electrode than the first cable as it may have half-cell potential. Therefore, the generated potential in the first cable can be estimated.
한편, 제2 케이블 상에 코팅되는 "반쪽 전지 반응성 물질"은, 산화 또는 환원 가역적인 물질로서, 온도 또는 pH 변화에도 반응성이 낮고, 일정한 전위차를 갖는 안정적인 물질일 수 있다. 이러한 반쪽 전지 반응성 물질은, 전위에 있어서 높은 재현성 (또는, 안전성) 을 갖고 산성 또는 염 용액에서 안정적이며, 취급이 용이할 수 있다. On the other hand, the "half cell reactive material" coated on the second cable is an oxidative or reduction reversible material, and may be a stable material having low reactivity and constant potential difference even with temperature or pH change. Such half-cell reactive materials have high reproducibility (or safety) in potential, are stable in acidic or salt solutions, and may be easy to handle.
예를 들어, 반쪽 전지 반응성 물질은 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지(SCE) 및 염다리 백금의 전위차가 미리 알려진 물질일 수 있다. 바람직하게 반쪽 전지 반응성 물질은 Ag/AgCl일 수 있으나, 이에 제한되지 않고 보다 다양한 물질이 될 수 있다. For example, the half-cell reactive material is Ag/AgCl, Ag, Hg 2 SO 4 , Ag/Ag + , Hg/Hg 2 SO 4 , RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg 2 Cl 2 , Ag/Ag The potential difference between 2 SO 4 , Cu/CuSO 4 , KCl saturated calomel half cell (SCE) and salt bridge platinum may be a known material. Preferably, the half-cell reactive material may be Ag/AgCl, but is not limited thereto, and may be a more diverse material.
예를 들어, 제2 케이블 상에 반쪽 전지 반응성 물질로서 Ag/AgCl이 코팅될 경우, 탄소 케이블 상에 패턴화된 은 (Ag) 층을 형성하고, 그 위에 염소를 전기 도금함으로써 Ag/AgCl의 코팅층이 형성될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 반쪽 전지 반응성 물질의 종류에 따라 다양한 방법으로 제2 케이블 상에 코팅될 수 있다. For example, when Ag/AgCl is coated as a half cell reactive material on the second cable, a coated layer of Ag/AgCl is formed by forming a patterned silver (Ag) layer on the carbon cable and electroplating chlorine thereon. It can be formed. However, the present invention is not limited thereto, and may be coated on the second cable in various ways depending on the type of the half-cell reactive material.
선택적으로, 기준 전극의 제2 케이블은, pH의 간섭을 줄이기 위하여 외부를 유전 물질층을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 케이블 상에 반쪽 전지 반응성 물질과 함께 유전체 잉크 (dielectric ink) 가 코팅됨으로써, 제2 케이블은 pH의 변화에도 안정성을 가질 수 있다. Optionally, the second cable of the reference electrode may further include a dielectric material layer on the outside to reduce the interference of pH. For example, by coating a dielectric ink with a half-cell reactive material on the second cable, the second cable can have stability even with a change in pH.
그러나, 유전 물질층의 코팅 방법은 이에 제한되는 것이 아니다. 예를 들어, 유전 물질층의 코팅은, 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅된 제2 케이블 상에 유전 물질을 분사하는 방법을 통해 수행될 수도 있다. However, the coating method of the dielectric material layer is not limited thereto. For example, the coating of the dielectric material layer may be performed through a method of spraying the dielectric material on the second cable coated with the half-cell reactive material.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 케이블의 pH 측정을 위해 노출된 부분 이외에 영역에는, pH 측정의 간섭 방지를 위해 폴리머, 세라믹과 같은 부전도체의 피복 물질이 코팅되어 있을 수 있다. 이러한 피복 물질 코팅층에 의해, 수분, 물리적 손상, 외부 환경으로부터 제2 케이블의 보호가 가능할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, an area other than the exposed portion for pH measurement of the second cable may be coated with a coating material of a nonconductor such as polymer or ceramic to prevent interference of the pH measurement. With this coating material coating layer, it is possible to protect the second cable from moisture, physical damage, and external environment.
본 발명의 pH 센서는 제1 케이블 및 제2 케이블이 물리적으로 분리된 두 개의 케이블로 존재할 수 있고, 제1 케이블 및 제2 케이블로 기능적 구성이 분리된 단일의 케이블일 수도 있다. The pH sensor of the present invention may exist as two cables in which the first cable and the second cable are physically separated, or may be a single cable in which the functional configuration is separated by the first cable and the second cable.
예를 들어, 본 발명의 제1 케이블 및 제2 케이블은 하나의 케이블을 형성하도록, 제1 케이블 및 제 2 케이블의 외부를 감싸는 피복 물질 코팅층을 더 포함할 수 있다. 이러한 피복 물질 코팅층은 본 발명의 pH 센서의 유연성 및 전술한 바와 같은 기계적 물성을 향상시키는 것에 기여할 수도 있다. For example, the first cable and the second cable of the present invention may further include a coating material coating layer surrounding the outer surfaces of the first cable and the second cable to form a single cable. This coating material coating layer may also contribute to improving the flexibility of the pH sensor of the present invention and the mechanical properties as described above.
한편, 본 발명의 pH 센서를 이용하여 분석 시료의 pH를 분석하고자 할 경우, 분석 시료가 제1 케이블과 접촉하는 한 pH 분석이 가능할 수 있다. 예를 들어, 제1 케이블 및 제2 케이블에 피복 물질 코팅층이 둘러 쌓임에 따라 하나의 케이블의 형태를 갖는 본 발명의 pH 센서에, 분석 시료를 점적할 경우, 분석 시료는 제1 케이블 및 제2 케이블 모두와 반응할 수 있다. 그러나, 제2 케이블 상에는 pH 변화에도 안정적인 전위를 갖는 반쪽 반응성 물질이 코팅되어 있음에 따라, 제1 케이블과 분석 시료의 반응에 따른 전위의 측정이 가능할 수 있다. Meanwhile, when the pH of the analysis sample is to be analyzed using the pH sensor of the present invention, pH analysis may be possible as long as the analysis sample contacts the first cable. For example, in the case of dropping the analyte sample in the pH sensor of the present invention having the form of one cable as the coating material coating layer is enclosed in the first cable and the second cable, the analyte sample is the first cable and the second cable. It can react with both cables. However, as the half-reactive material having a stable potential even on a pH change is coated on the second cable, it may be possible to measure the potential according to the reaction between the first cable and the analysis sample.
본 명세서에서 사용되는 용어, "전위 측정부"는 제1 케이블 및 제2 케이블의 일단에 각각 연결되어 전위차를 측정하도록 구성된 유닛 (unit) 일 수 있다. 이러한 전위 측정부는, 제1 케이블 및 제2 케이블의 전위차를 측정하도록, 분석 시료와 반응하는 단과 상이한 단에 연결될 수 있다. 그러나, 전위 측정부는 이에 제한되지 않고, 제1 케이블 및 제2 케이블 상에 보다 다양한 위치에서 연결될 수 있다. As used herein, the term “potential measurement unit” may be a unit configured to measure a potential difference by being respectively connected to one end of the first cable and the second cable. The potential measuring unit may be connected to a terminal different from the terminal reacting with the analyte to measure the potential difference between the first cable and the second cable. However, the potential measurement unit is not limited thereto, and may be connected at various positions on the first cable and the second cable.
본 명세서에서 사용되는 용어, "출력부"는 전위차를 기초로 pH를 변환해주도록 구성된 유닛일 수 있다. 이때, 출력부는 전위 측정부와 연결될 수 있어, 전위 측정부에 측정된 분석 시료의 전위차를 pH 값으로 변환하여, 최종적으로 분석 시료에 대한 pH 값을 제공할 수 있다. As used herein, the term “output unit” may be a unit configured to convert pH based on a potential difference. At this time, the output unit may be connected to the potential measurement unit, and the potential difference of the analyte sample measured in the potential measurement unit may be converted into a pH value to finally provide a pH value for the analysis sample.
보다 구체적으로, 출력부는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 등을 포함하는 표시 장치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 pH 값을 제공하는 한, 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 출력부는, 분석 시료의 전위차를 pH 값으로 변환하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수도 있다. More specifically, the output unit may be a display device including a liquid crystal display device, an organic light emitting display device, and the like, but is not limited thereto, and may be provided in various forms as long as a pH value is provided. For example, the output unit may further include a processor configured to convert the potential difference of the analysis sample into a pH value.
이하에서는, 도 1a 내지 1b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 pH 센서에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a pH sensor according to various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 1B.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서를 예시적으로 도시한 것이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 구성들을 예시적으로 도시한 것이다.1A is an exemplary pH sensor according to an embodiment of the present invention. Figure 1b shows the configuration of the pH sensor according to an embodiment of the present invention by way of example.
도 1a를 참조하면, pH 센서 (100) 는 제1 케이블 (110) 및 제2 케이블 (120) 의 두 개의 탄소 케이블 (110, 120) 으로 구성된다. 이때, pH 센서 (100) 내에서 제1 케이블 (110) 및 제2 케이블 (120) 은 폴리머 층 (130) 으로 둘러 쌓여 있을 수 있다. 이에, pH 센서 (100) 는 케이블의 형태를 가질 수 있다.Referring to Figure 1a, the
보다 구체적으로, 도 1b의 (a)를 참조하면, 제1 케이블 (110) 은 끝단에 pH 민감성 물질이 코팅된 반응 영역 (112) 를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응 영역 (112) 상에는 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란과 같은 pH 변화에 따라 전위차가 나타나는 물질이 코팅될 수 있다. 바람직하게, 반응 영역 (112) 상에는 폴리아닐린의 pH 민감성 물질이 코팅될 수 있으나, 이제 제한되는 것은 아니다. 한편, 반응 영역 (112) 는 제1 케이블 (110) 분석 시료와 직접적으로 닿는 곳으로, 분석 시료의 pH에 따른 전위차가 일어나는 영역일 수도 있다. More specifically, referring to (a) of FIG. 1B, the
제2 케이블 (120) 은 끝단에 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅된 기준 영역 (122) 를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 기준 영역 (122) 에는 pH에 안정성을 갖고 재현성이 높은 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅되어 있음에 따라, 기준 영역 (122) 는 기전력 또는 전극 전위를 측정할 때, 단극 전위가 일정한 기준 전극이 될 수 있다. 한편, 기준 영역 (122) 상에는 Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl 포화된 칼로멜 반전지(SCE) 및 염다리 백금과 같은 안정적인 물질이 코팅될 수 있다. 바람직하게, 기준 영역 (122) 상에는 Ag/AgCl이 반쪽 전지 반응성 물질로서 코팅될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.The
한편, 도 1b의 (b)를 참조하면, 제1 케이블 (110) 및 제2 케이블 (120) 각각은 복수개의 탄소 파이버 가닥으로 구성된 탄소 케이블일 수 있다. 이러한 구조적 특징에 의해 본 발명의 pH 센서 (100) 는 종래의 pH 센서보다 기계적 물성 및 유연성이 증가될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 본 발명의 pH 센서는 보다 다양한 형태로 존재할 수 있다. Meanwhile, referring to (b) of FIG. 1B, each of the
도 1b의 (c)를 참조하면, 전자 현미경으로 촬영된 폴리머 층 (130) 에 둘러 쌓인 제1 케이블 (110) 및 제2 케이블 (120) 의 단면이 도시된다. 이때, 제1 케이블 (110) 및 제2 케이블 (120) 각각은 복수개의 탄소 파이버 가닥으로 구성되어 있는 것으로 나타난다. 이러한 제1 케이블 (110) 및 제2 케이블 (120) 을 포함하는 본 발명의 pH 센서는 종래의 pH 센서보다 기계적 물성 및 유연성이 증가될 수 있다.Referring to FIG. 1B (c), cross-sections of the
이하에서는, 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 제조 방법의 절차를 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to FIG. 2, a procedure of a method for manufacturing a pH sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서의 제조 방법의 절차를 도시한 것이다.Figure 2 shows a procedure of a method of manufacturing a pH sensor according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, pH 센서의 제조 방법은, 먼저 제1 케이블을 형성하도록, 탄소 케이블상에 pH 민감성 물질을 코팅한다 (S210), 그 다음 제2 케이블을 형성하도록 제1 케이블과 상이한 탄소 케이블 상에 반쪽 전지 반응성 물질을 코팅한다 (S220). 마지막으로, 제1 케이블 및 제2 케이블의 외부면에 폴리머 층을 코팅한다 (S230).Referring to Figure 2, the method of manufacturing the pH sensor, first to form a first cable, the pH-sensitive material is coated on a carbon cable (S210), and then a carbon cable different from the first cable to form a second cable On the top, a half-cell reactive material is coated (S220). Finally, a polymer layer is coated on the outer surfaces of the first cable and the second cable (S230).
보다 구체적으로, 본 발명의 특징에 따르면, pH 민감성 물질을 코팅하는 단계 (S210) 에서, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나가 탄소 케이블의 일단에 코팅될 수 있다.More specifically, according to a feature of the present invention, in the step (S210) of coating a pH-sensitive material, polyaniline, polypyrrole, poly-N-methylpyrrole, polythiophene, poly(ethylenedioxythiophene), poly-3- At least one of the groups consisting of methylthiophene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(p-phenylenevinylene) and polyfuran can be coated on one end of the carbon cable.
pH 민감성 물질을 코팅하는 단계 (S210) 의 결과로, 분석 시료의 pH에 따라 전기 전도도가 변화하는 제1 케이블이 획득될 수 있다. As a result of the step (S210) of coating the pH-sensitive material, a first cable in which electrical conductivity changes according to the pH of the analyte sample can be obtained.
본 발명의 특징에 따르면, 반쪽 전지 반응성 물질을 코팅하는 단계 (S220) 에서, Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl이 포화된 칼로멜 반전지(SCE) 및 염다리 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나가 제1 케이블과 상이한 탄소 케이블의 일단에 코팅될 수 있다. According to a feature of the present invention, in the step (S220) of coating the half-cell reactive material, Ag/AgCl, Ag, Hg 2 SO 4 , Ag/Ag + , Hg/Hg 2 SO 4 , RE-6H, Hg/HgO , Hg/Hg 2 Cl 2 , Ag/Ag 2 SO 4 , Cu/CuSO 4 , At least one of the group consisting of KCl-saturated caramel reversed cell (SCE) and salt bridge platinum is attached to one end of a carbon cable different from the first cable. Can be coated.
반쪽 전지 반응성 물질을 코팅하는 단계 (S220) 의 결과로, 기준 전극으로 이용되는 제2 케이블이 획득될 수 있다. As a result of coating the half-cell reactive material (S220), a second cable used as a reference electrode can be obtained.
다음으로, 폴리머 층을 코팅하는 단계 (S230) 에서, 제1 케이블 및 제2 케이블의 외측에 폴리머 층이 코팅될 수 있다. 이에 따라, 단일 케이블의 pH 센서가 획득될 수 있다. Next, in the step (S230) of coating the polymer layer, the polymer layer may be coated on the outsides of the first cable and the second cable. Thus, a single cable pH sensor can be obtained.
사용자는 제1 케이블 및 제2 케이블을 갖는 pH 센서 케이블의 일 단을 분석 시료와 반응시키고, 타단을 전위 측정 장치에 연결함으로써, 분석 시료의 pH에 따른 기전력을 측정할 수 있다. 나아가, 사용자는 측정된 기전력을 기초로 분석 시료의 pH를 추정할 수 있다. The user can measure the electromotive force according to the pH of the analysis sample by reacting one end of the pH sensor cable having the first cable and the second cable with the analysis sample, and connecting the other end to a potential measurement device. Furthermore, the user can estimate the pH of the analysis sample based on the measured electromotive force.
이하에서는, 3a 및 3b를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 대한 평가 결과를 설명한다. 이때, pH 센서는 탄소 케이블 상에 폴리아닐린이 코팅된 제1 케이블 및 제1 케이블과 상이한 타소 케이블 상에 Ag/AgCl이 코팅된 제2 케이플을 구성으로 하고 있으나, 본 발명의 pH 센서의 구조는 이에 제한되는 것이 아니다. 나아가, 본 평가에서는 제1 케이블 및 제2 케이블의 외부에 폴리머 층이 형성됨에 따라 단일의 케이블의 pH 센서가 이용되었으나, 본 발명의 pH 센서의 형태는 이에 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the evaluation results for the pH sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to 3a and 3b. At this time, the pH sensor comprises a first cable coated with polyaniline on a carbon cable and a second cable coated with Ag/AgCl on a different cable than the first cable, but the structure of the pH sensor of the present invention is It is not limited to this. Further, in this evaluation, a pH sensor of a single cable was used as a polymer layer was formed outside the first cable and the second cable, but the shape of the pH sensor of the present invention is not limited thereto.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서에 대한, pH 변화에 따른 기전력 (electromotive force, EMF) 의 분석 결과를 도시한 것이다. Figure 3a shows the results of the analysis of the electromotive force (EMF) according to the pH change for the pH sensor according to an embodiment of the present invention.
본 평가에서는 pH의 범위가 2 내지 12인 완충 용액을 이용하였고, 0.1 M HCl 또는 0.1 M NaOH을 완충 조건 하에서 첨가하면서 pH를 조절하였다. 이때, 제1 케이블 및 제2 케이블의 끝 단이 완충 용액과 반응하도록, pH 센서를 완충 용액상에 배치하였다. 그 다음, 완충 용액과 반응하는 pH 센서와 상이한 단 (end) 의 제1 케이블 및 제2 케이블 각각에 전위 측정부를 연결하여 제1 케이블 및 제2 케이블 사이의 EMF 수준을 측정하였다. In this evaluation, a buffer solution having a pH range of 2 to 12 was used, and pH was adjusted while 0.1 M HCl or 0.1 M NaOH was added under buffer conditions. At this time, the pH sensors were placed on the buffer solution so that the ends of the first cable and the second cable reacted with the buffer solution. Then, a potential measurement unit was connected to each of the first and second cables at different ends from the pH sensor reacting with the buffer solution to measure the EMF level between the first cable and the second cable.
도 3a의 (a)를 참조하면, 본 발명의 pH 센서에 대하여 측정된 pH 증가에 따른 EMF 반응 수준이 도시된다. 보다 구체적으로, pH 센서는 pH의 증가에 따라 EMF의 수준이 낮아지는 것으로 나타난다. 도 3a (b)를 함께 참조하면, 미리 알려진 pH에 대한 EMF 플롯 (plot) 이 도시된다. 두 개의 그래프를 참조했을 때, 본 발명의 pH 센서에서의 pH 변화에 따른 EMF 수준은, 미리 알려진 pH에 따른 EMF 플롯의 그래프와 유사한 것으로 나타난다. 나아가, 이러한 결과는, 네렌스트 식 (Nernst equation) 의 모양과 같이 일정한 기울기 값을 갖는 선형의 그래프와 유사하한 형태일 수 있다. 즉, 본 발명의 pH 센서는, pH에 따라 일정한 수준 (일정한 기울기 값) 의 전위 변화를 가질 수 있다. 나아가, 본 발명의 pH 센서의 민감도는 약 58.28 mV/pH이고, 정확도는 99.8 %로 나타난다. 즉, 이러한 결과는 본 발명의 pH 센서는 pH 의존적으로 기전력이 변화함에 따라, pH 분석에 이용될 수 있고, 본 발명의 pH 센서가 분석 시료의 민감도 및 정확도 높은 분석 결과를 제공할 수 있음을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 3A (a), the EMF response level according to the pH increase measured for the pH sensor of the present invention is shown. More specifically, the pH sensor appears to decrease the level of EMF as the pH increases. Referring to Figure 3a (b) together, an EMF plot for a known pH is shown. When referring to the two graphs, the EMF level according to the pH change in the pH sensor of the present invention appears to be similar to the graph of the EMF plot according to the known pH. Furthermore, these results may be in a form similar to a linear graph having a constant slope value, such as the shape of the Nernst equation. That is, the pH sensor of the present invention may have a potential change of a certain level (constant slope value) depending on the pH. Furthermore, the sensitivity of the pH sensor of the present invention is about 58.28 mV/pH, and the accuracy is 99.8%. That is, these results mean that the pH sensor of the present invention can be used for pH analysis as the electromotive force changes pH-dependently, and the pH sensor of the present invention can provide an analysis result with high sensitivity and accuracy of the analysis sample. can do.
도 3a의 (c)를 참조하면, 본 발명의 pH 센서는 pH 변화 사이클에 따라 동일한 pH (5.34, 6.52, 7.60, 8.80) 에서 유사한 수준의 EMF 값을 갖는 것으로 나타난다. 이러한 결과는, 본 발명의 pH 센서가 재현성이 높다는 것을 의미할 수 있다. Referring to Figure 3a (c), the pH sensor of the present invention is shown to have a similar level of EMF values at the same pH (5.34, 6.52, 7.60, 8.80) according to the pH change cycle. This result may mean that the pH sensor of the present invention is highly reproducible.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 pH 센서 및 상용되는 pH 미터에 대한, pH 측정 결과를 도시한 것이다. 이때, pH 미터로 유리 맴브레인 전극이 장착된 OrionTM Star A211을 이용하였다. Figure 3b shows the pH measurement results for a pH sensor and a commercially available pH meter according to an embodiment of the present invention. At this time, an Orion TM Star A211 equipped with a glass membrane electrode was used as a pH meter.
도 3b의 (a)를 참조하면, 본 평가를 위해, 소량의 땀 (sweat), 타액 (saliva), 눈물 (tear), 소변 (urine) 의 분석 시료가 각각이 담긴 웰에 배치된 본 발명의 pH 센서가 도시된다. 보다 구체적으로, 제1 케이블 및 제2 케이블의 끝 단이 분석 시료들과 반응하도록 pH 센서를 배치하였다. 그 다음, 분석 시료 각각과 반응하는 pH 센서와 상이한 단 (end) 의 제1 케이블 및 제2 케이블 각각에, 전위 측정부를 연결하여 제1 케이블 및 제2 케이블 사이의 EMF 수준을 5회 반복하여 측정하였다.Referring to (a) of Figure 3b, for this evaluation, a small amount of sweat (sweat), saliva (saliva), tears (tear), urine (urine) analysis sample of the present invention placed in each well The pH sensor is shown. More specifically, the pH sensors were positioned such that the ends of the first and second cables reacted with the analyte samples. Then, the EMF level between the first cable and the second cable is measured 5 times by connecting a potential measuring unit to each of the first cable and the second cable having different ends from the pH sensor reacting with each of the analyte samples. Did.
도 3b의 (b)를 참조하면, 본 발명의 pH 센서를 이용하여 4 가지 분석 시료에 대하여 측정한 전위차에 기초한 pH 값이 도시된다. 보다 구체적으로, 발명의 pH 센서는 땀, 타액, 눈물 및 소변의 모든 분석 시료에서 사용되는 pH 미터와 거의 동일한 수준의 pH 값을 제공하는 것으로 나타난다. 즉, 본 발명의 pH 센서의 분석 수준은 pH 미터와 유사한 것으로 나타남에 따라, 본 발명의 pH 센서는 소량의 분석 시료에 대하여 높은 정확도로 pH를 분석한 결과를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 3B (b), a pH value based on a potential difference measured for four analysis samples using the pH sensor of the present invention is illustrated. More specifically, the pH sensor of the present invention appears to provide a pH value almost equal to the pH meter used in all analytical samples of sweat, saliva, tears and urine. That is, as the analysis level of the pH sensor of the present invention appears to be similar to the pH meter, the pH sensor of the present invention can provide a result of analyzing the pH with high accuracy for a small amount of analyte sample.
도 3b의 (c)를 참조하면, 본 발명의 pH 센서 및 사용되는 pH 미터에 의해 측정된, 눈물의 분석 시료에 대하여 HCl을 첨가에 따른 pH 값이 도시된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 pH 센서는 HCl을 첨가에 따른 pH 감소에 따라 pH 미터와 거의 동일한 수준의 pH 값을 제공하는 것으로 나타난다. 즉, 본 발명의 pH 센서의 분석 수준은 pH 미터와 유사한 것으로 나타남에 따라, 본 발명의 pH 센서는 소량의 분석 시료에 대하여 높은 정확도로 pH를 분석한 결과를 제공할 수 있다.Referring to FIG. 3B (c), the pH value according to the addition of HCl to the analyte sample of tears, as measured by the pH sensor of the present invention and the pH meter used, is shown. More specifically, the pH sensor of the present invention is shown to provide a pH value of almost the same level as a pH meter as the pH decreases with the addition of HCl. That is, as the analysis level of the pH sensor of the present invention appears to be similar to the pH meter, the pH sensor of the present invention can provide a result of analyzing the pH with high accuracy for a small amount of analyte sample.
이상의 실시예 1의 결과에 따르면, 본 발명의 pH 센서는 pH 변화에 따라 일정한 전위 변화를 가지며, 상용되는 pH 미터와 유사한 수준으로 분석 시료의 pH 값을 제공하는 것으로 나타난다. 특히, 본 발명의 pH 센서는 소량의 분석 시료에 대하여 민감도 및 정확도 높은 pH 값을 제공하는 것으로 나타난다.According to the results of Example 1 above, the pH sensor of the present invention has a constant potential change according to the pH change, and appears to provide the pH value of the analysis sample at a level similar to a commercially available pH meter. In particular, the pH sensor of the present invention appears to provide a high pH value with high sensitivity and accuracy for a small amount of analyte.
이러한 결과에 따라, 본 발명은 도전층에서 금의 고유한 취성으로 인해, 기계적 응력 또는 가혹한 화학적 조건 하에서 기판으로부터의 불안전한 접착 또는 박리와 같은 문제를 갖는 종래의 pH 센서가 갖는 문제점을 해결할 수 있다. According to these results, the present invention can solve the problem of the conventional pH sensor having problems such as unstable adhesion or peeling from the substrate under mechanical stress or harsh chemical conditions, due to the inherent brittleness of gold in the conductive layer. .
나아가, 본 발명의 pH 센서는 두 개의 탄소 케이블로 구성된 pH 센서를 종래의 pH 센서보다 기계적 물성이 향상되고, 유연성이 증가될 수 있다. 특히, 본 발명은 이러한 구조적 특정에 따라, 종래의 pH 센서보다 높은 전도율을 갖는 pH 센서를 제공할 수 있다.Furthermore, the pH sensor of the present invention can improve the mechanical properties and flexibility of a pH sensor composed of two carbon cables than a conventional pH sensor. In particular, the present invention can provide a pH sensor having a higher conductivity than a conventional pH sensor according to this structural characteristic.
본 발명은, 유연성이 향상된 pH 센서가, 과도한 사용, 긁힘 또는 손상에 의한 분석의 재현성 및 안전성의 결여를 극복할 수 있는 효과가 있다. 이에, 본 발명은 웨어러블 센서로서 적합할 수 있음에 따라, pH 센서의 적용 범위 확장에 기여할 수 있다. The present invention has an effect that a pH sensor with improved flexibility can overcome a lack of reproducibility and safety of analysis due to excessive use, scratching, or damage. Accordingly, as the present invention can be suitable as a wearable sensor, it can contribute to the expansion of the range of application of the pH sensor.
본 발명은, 피검에 대한 화학적 또는 생물학적 반응에 따른 pH 변화를 실시간으로 모니터링하기에 용이할 수 있다. 이에, 의료 및 진단 응용 분야에서, 질환 및 건강 상태와 연관된 다양한 임상적 정보를 제공할 수 있다.The present invention may be easy to monitor in real time the pH change according to the chemical or biological reaction to the test. Accordingly, in medical and diagnostic applications, it is possible to provide a variety of clinical information associated with diseases and health conditions.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments of the present invention have been described in more detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and may be variously modified without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
100: pH 센서
110: 제1 케이블
112: 반응 영역
120: 제2 케이블
122: 기준 영역
130: 폴리머 층100: pH sensor
110: first cable
112: reaction zone
120: second cable
122: reference area
130: polymer layer
Claims (19)
반쪽 전지 반응성 물질;
제1 케이블 (cable) 로 이루어지고, 상기 제1 케이블의 적어도 일부에 상기 pH 민감성 물질이 코팅된 제1 케이블; 및
제2 케이블로 이루어지고, 상기 제2 케이블의 적어도 일부에 상기 반쪽 전지 반응성 물질이 코팅된 제2 케이블을 포함하는, pH 센서.A pH sensitive material having a different potential depending on the concentration of hydrogen ions in the analyte sample;
Half cell reactive material;
A first cable made of a first cable and coated with the pH-sensitive material on at least a portion of the first cable; And
A pH sensor made of a second cable and comprising a second cable coated with the half-cell reactive material on at least a portion of the second cable.
상기 pH 민감성 물질은 상기 제1 케이블의 일단에 코팅된, pH 센서.According to claim 1,
The pH-sensitive material is coated on one end of the first cable, pH sensor.
상기 반쪽 전지 반응성 물질은 상기 제2 케이블의 일단에 코팅된, pH 센서. According to claim 1,
The half-cell reactive material is coated on one end of the second cable, pH sensor.
상기 분석 시료는,
땀, 타액, 소변, 혈액, 혈장, 혈청, 눈물, 고름, 위액, 장액, 안구액, 복강액, 질액, 뇌척수액 및 체강액으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, pH 센서.According to claim 1,
The analysis sample,
A pH sensor, which is at least one of the group consisting of sweat, saliva, urine, blood, plasma, serum, tears, pus, gastric juice, intestinal fluid, ocular fluid, peritoneal fluid, vaginal fluid, cerebrospinal fluid, and body fluid.
상기 pH 민감성 물질은,
폴리아닐린 (polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole), 폴리-N-메틸피롤 (poly-N-methylpyrrole), 폴리티오펜(polythiopHene), 폴리(에틸렌디옥시티오펜) (poly(ethylenedioxythiopHene)), 폴리-3-메틸티오펜 (poly-3-methylthiopHene), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT), 폴리(p-페닐렌비닐렌) (poly(ppHenylenevinylene); PPV) 및 폴리퓨란 (polyfuran) 으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, pH 센서. According to claim 1,
The pH-sensitive material,
Polyaniline, polypyrrole, poly-N-methylpyrrole, polythiopHene, poly(ethylenedioxythiopHene), poly-3-methyl Thiophene (poly-3-methylthiopHene), poly(3,4-ethylenedioxythipHene); PEDOT, poly(p-phenylenevinylene) (poly(ppHenylenevinylene); PPV ) And polyfuran, the pH sensor.
상기 반쪽 전지 반응성 물질은,
Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl이 포화된 칼로멜 반전지(SCE) 및 염다리 (Salt bridge) 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나인, pH 센서. According to claim 1,
The half-cell reactive material,
Ag/AgCl, Ag, Hg 2 SO 4 , Ag/Ag + , Hg/Hg 2 SO 4 , RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg 2 Cl 2 , Ag/Ag 2 SO 4 , Cu/CuSO 4 , A pH sensor that is at least one of the group consisting of KCl saturated calomel half-cell (SCE) and salt bridge platinum.
상기 제1 케이블 및 상기 제2 케이블의 일단 각각에 연결되어, 전위차를 측정하도록 구성된 전위 측정부를 더 포함하는, pH 센서. According to claim 1,
A pH sensor further connected to one end of the first cable and the second cable and configured to measure a potential difference.
상기 전위 측정부와 연결되어 pH를 출력하도록 구성된 출력부를 더 포함하는, pH 센서.The method of claim 7,
A pH sensor further comprising an output unit connected to the potential measurement unit and configured to output pH.
상기 제1 케이블 또는 상기 제2 케이블은,
전도성 케이블인, pH 센서.According to claim 1,
The first cable or the second cable,
Conductive cable, pH sensor.
상기 전도성 케이블은,
복수개의 카본 파이버 가닥 (carbon fiber thread), 카본 블랙 (carbon black), 카본 그래파이트 (carbon graphite), 그래핀 (graphene), 풀러린 (fullerene), 카본 나노튜브 (carbon nanotube), 카바이드 (carbides), Au, Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, 및 이들의 화합물 중 적어도 하나의 물질로 구성된, pH 센서. The method of claim 9,
The conductive cable,
Multiple carbon fiber threads, carbon black, carbon graphite, graphene, fullerene, carbon nanotubes, carbides, Au , Ni, Cu, Zn, Fe, Al, Ti, Pt, Hg, Ag, Pb, and at least one of these compounds, pH sensor.
상기 제1 케이블 또는 상기 제2 케이블의 적어도 한 면을 그 외부에서 감싸도록 구성된 피복 물질 코팅층을 더 포함하는, pH 센서.According to claim 1,
Further comprising a coating material coating layer configured to wrap at least one side of the first cable or the second cable from the outside, the pH sensor.
상기 피복 물질은,
폴리머, 세라믹 및 부전도체성 물질 중 적어도 하나의 물질인, pH 센서.The method of claim 11,
The coating material,
A pH sensor, which is a material of at least one of polymer, ceramic and non-conductive materials.
상기 pH 센서의 전기 전도도 (electrical conductivity) 는,
30 S/m 내지 40 S/m인, pH 센서.According to claim 1,
The electrical conductivity of the pH sensor (electrical conductivity),
PH sensor, from 30 S/m to 40 S/m.
상기 pH 센서의 민감도는,
55 mV/pH 내지 65 mV/pH인, pH 센서.According to claim 1,
The sensitivity of the pH sensor,
PH sensor, from 55 mV/pH to 65 mV/pH.
제2 케이블을 획득하도록, 제2 케이블 상에 반쪽 전지 반응성 물질을 코팅하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.Coating a pH-sensitive material having a different potential according to the concentration of hydrogen ions in the analyte sample on the first cable to obtain a first cable, and
A method of manufacturing a pH sensor, comprising coating a half cell reactive material on a second cable to obtain a second cable.
상기 pH 민감성 물질을 코팅하는 단계는,
폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리-N-메틸피롤, 폴리티오펜, 폴리(에틸렌디옥시티오펜), 폴리-3-메틸티오펜, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜), 폴리(p-페닐렌비닐렌) 및 폴리퓨란으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 상기 탄소 케이블의 일단에 코팅하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.The method of claim 15,
The step of coating the pH-sensitive material,
Polyaniline, polypyrrole, poly-N-methylpyrrole, polythiophene, poly(ethylenedioxythiophene), poly-3-methylthiophene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(p-phenylenevinyl) Len) and polyfuran at least one of the group comprising the step of coating on one end of the carbon cable, pH sensor manufacturing method.
상기 반쪽 전지 반응성 물질을 코팅하는 단계는,
Ag/AgCl, Ag, Hg2SO4, Ag/Ag+, Hg/Hg2SO4, RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg2Cl2, Ag/Ag2SO4, Cu/CuSO4, KCl이 포화된 칼로멜 반전지(SCE) 및 염다리 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 상기 탄소 케이블의 일단에 코팅하는 단계를 포함하는, pH 센서의 제조 방법.The method of claim 15,
The step of coating the half-cell reactive material,
Ag/AgCl, Ag, Hg 2 SO 4 , Ag/Ag + , Hg/Hg 2 SO 4 , RE-6H, Hg/HgO, Hg/Hg 2 Cl 2 , Ag/Ag 2 SO 4 , Cu/CuSO 4 , A method of manufacturing a pH sensor, comprising coating at least one of a group consisting of KCl saturated calomel half-cell (SCE) and salt bridge platinum on one end of the carbon cable.
상기 제1 케이블 또는 제2 케이블은,
복수개의 탄소 파이버 가닥으로 구성된, pH 센서의 제조 방법.The method of claim 15,
The first cable or the second cable,
A method of manufacturing a pH sensor, consisting of a plurality of carbon fiber strands.
상기 제1 케이블 또는 상기 제2 케이블의 적어도 한 면을 그 외부에서 감싸도록 피복 물질 코팅층을 코팅하는 단계를 더 포함하는, pH 센서의 제조 방법.The method of claim 15,
A method of manufacturing a pH sensor, further comprising coating a coating material coating layer so as to wrap at least one side of the first cable or the second cable from the outside thereof.
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| KR20220045676A (en) * | 2020-10-06 | 2022-04-13 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Fiber for sensing ph change, fabric for sensing ph change and sensing for sensing ph change |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS61204556A (en) * | 1985-03-08 | 1986-09-10 | Akira Fujishima | Ph modulator |
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-
2018
- 2018-12-06 KR KR1020180155977A patent/KR102203279B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220045676A (en) * | 2020-10-06 | 2022-04-13 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Fiber for sensing ph change, fabric for sensing ph change and sensing for sensing ph change |
| WO2022075549A1 (en) * | 2020-10-06 | 2022-04-14 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | Ph change sensing fiber, ph change sensing fabric, and ph change sensor comprising same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102203279B1 (en) | 2021-01-14 |
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