KR20200074296A - Bio light sensor detecting visible light using antheraea yamamai biliverdin - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 산누에 나방 빌리버딘을 이용한 가시광선 검출 바이오 광센서에 관한 것이다. The present invention relates to a bio-light sensor for visible light detection using a silkworm moth biliverdine.
생물학적 녹색 색소인 빌리버딘(biliverdin)은 적혈구 및 헤모글로빈과 관련된 분해 중간체로 알려져 있으며, 이것은 효소(heme oxygenase)에 의해 촉매되는 heme의 고리 절단에 의해 형성된다. 이와 같은 빌리버딘은 다양한 녹색 동물 및 곤충(예: 도마뱀, 가재 새의 알껍질, 거미 및 누에 등)에서 발견되고 미생물과 식물에 의해서도 생산된다고 알려져 있다.The biological green pigment, biliverdin, is known as a degradation intermediate associated with red blood cells and hemoglobin, which is formed by ring cleavage of heme catalyzed by an enzyme (heme oxygenase). It is known that biliverdine is found in a variety of green animals and insects (eg lizards, lobster eggshells, spiders and silkworms) and is also produced by microorganisms and plants.
빌리버딘(Biliverdin)은 녹색을 띄는 담즙색소로서, 적혈구의 헤모글로빈이 가수분해되고 헴(heme)과 글로빈(globin)으로 분해된 후, 헴 옥시게나아제(heme oxygenase) 효소의 작용을 통해 헴으로부터 생성되는 녹색의 담즙색소이다. 이 빌리버딘이 환원되어 빌리루빈이 생성된다.Biliverdin is a bile pigment that has a green color. After hemoglobin of red blood cells is hydrolyzed and decomposed into heme and globin, it is released from heme through the action of the heme oxygenase enzyme. It is a green bile pigment produced. This biliverdine is reduced to form bilirubin.
빌리버딘은 발색단과 항산화제로 알려져 있어 바이오-이미징과 각종 치료제로서 널리 사용되고 있다. Billiberdine is known as a chromophore and an antioxidant, and is widely used as a bio-imaging and various therapeutic agents.
빌리버딘은 녹색을 띄는 도마뱀이나 가금류의 피부 또는 체내, 조류의 난각, 거미나 누에 등의 곤충 체내에서 주로 발견된다. Billiberdine is mainly found in the skin or body of green lizards and poultry, bird eggshells, and insect bodies such as spiders and silkworms.
이 빌리버딘은 독성이 없고 자연 상태에서 풍부하게 얻을 수 있는 물질인데, 미생물과 식물 등을 통해서도 쉽게 얻을 수 있다. This biliburdine is non-toxic and can be obtained abundantly in nature, and can be easily obtained through microorganisms and plants.
빌리버딘은 시아노박테리아(cyanobacteria), 붉은 조류(red algae), 이외 각종 식물에서, 피코시아노빌린(phycocyanobilin) 및 피코에리트로빌린(phycoerythrobilin)을 포함하는 감광성 선형 테트라피롤(photosensitive linear tetrapyrrole)의 전구체 역할을 하는데, 이들 감광성 선형 테트라피롤 화합물은 시아노박테리아와 붉은 조류에서 빛을 수집하는 피코빌리단백질 복합체(light-harvesting phycobiliprotein complexes)와 빛-감지 수용체 피토크롬(light-sensing receptor phytochrome)의 발색단으로 제공된다. Biliberdine is a photosensitive linear tetrapyrrole of cyanobacteria, red algae, and other plants, including phycocyanobilin and phycoerythrobilin. Acting as a precursor, these photosensitive linear tetrapyrrole compounds are chromophores of light-harvesting phycobiliprotein complexes and light-sensing receptor phytochrome that collect light from cyanobacteria and red algae. Is provided.
참나무산누에나방(Antheraea yamamai, Japanese oak silkmoth)은 동아시아에 분포되어 있는 곤충으로서, 오랜 기간 동안 비단생산을 위해 사육되어 왔다. The oak tree silkworm moth ( Antheraea yamamai , Japanese oak silkmoth ) is an insect distributed in East Asia and has been bred for silk production for a long time.
근래에 누에는 비단의 생산 외에도, 유용한 단백질 생산을 위한 바이오-공장(bio-factory)으로 사용되고 있고, 누에의 산물 중에서 누에고치는 천연고분자로 이루어진 데다가 생분해성이 우수하고, 생체적합성과 기계적 강도가 좋아 의학 분야에서도 신소재로 각광받고 있고 있다.In recent years, silkworms have been used as bio-factory for producing useful proteins in addition to silk production, and cocoon cocoon products are made of natural polymers and have excellent biodegradability, good biocompatibility and mechanical strength. It is also emerging as a new material in the medical field.
한편, 빌리버딘은 참나무산누에나방(Antheraea yamamai)의 누에고치에서도 발견되는 물질이다. On the other hand, biliburdine is a substance found in the cocoon of the oak tree silkworm moth ( Antheraea yamamai ).
야생에서 참나무산누에나방의 누에고치는 주로 녹색으로 발견되는데, 50 lux와 같은 저조도 또는 암흑에서 생산된 고치는 황색 상태를 유지하는 반면, 5000 lux와 같은 고강도 빛이 유지될 경우, 참나무산누에나방의 누에고치는 빌리버딘의 광화학적 변형으로 녹색으로 변한다. 따라서 빌리버딘의 빛에 대한 반응성이 매우 뛰어남을 확인할 수 있다. In the wild, the cocoon of the oak mountain silkworm moth is mainly found in green, while the cocoon produced in low light such as 50 lux or in the dark maintains a yellow state, while the high intensity light of 5000 lux maintains, the cocoon of the oak silkworm moth bill Liberine's photochemical transformation turns green. Therefore, it can be seen that Billiberdine's reactivity to light is excellent.
발색단으로서의 빌리버딘은 주로 청색 및 적색 파장의 넓은 범위에서 가시광선을 흡수하는 물질로서, 빌리버딘이 가사광 검출을 위한 바이오 광전소자에서 효과적인 광증감제로 사용될 수 있는 가능성이 있을 것으로 예상되나, 현재까지는 빌리버딘과 같은 천연안료가 광전소자를 구성하는데 사용되었다는 것에 대해서는 아직 확인된 바 없다. 따라서 device level에서 빌리버딘의 광전 변환을 연구하는 것이 매우 중요하다. Biliberdine as a chromophore is a material that absorbs visible light mainly in a wide range of blue and red wavelengths, and it is expected that there is a possibility that biliverdine can be used as an effective photosensitizer in bio-optical devices for detecting domestic light, So far, it has not been confirmed that natural pigments such as biliverdine have been used to construct photoelectric devices. Therefore, it is very important to study the photoelectric conversion of biliverdine at the device level.
그런데 이러한 누에고치에서 생산되는 빌리버딘은 주로 청색 및 적색 파장의 넓은 범위에서 가시광선을 흡수하는 물질로서 알려져 있지만 아직까지 빌리버딘과 같은 천연안료가 광전소자(photoelectric device)로서 사용되었다는 바에 대해서는 보고된 바가 없다.By the way, the biliverdine produced from these cocoons is known as a material that absorbs visible light mainly in a wide range of blue and red wavelengths, but it is still known that natural pigments such as biliverdine have been used as photoelectric devices. No reports have been reported.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 녹색 담즙 색소인 빌리버딘을 이용하여 광전 변환소자를 제조함으로써 가시광을 검출하고 또한 흡수하여 자가 발전모드에서 자체적으로 가시광을 검출할 수 있는 특성을 보유하고 있다. 이러한 점에 착안하여 본 발명에서는 반도체 및 유기물 광센서 소자로서 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있는 가시광을 검출하는 바이오 광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised to solve the above problems, and it is possible to detect visible light by self-power generation mode by detecting and absorbing visible light by manufacturing a photoelectric conversion device using green bile pigment biliverdine. It has characteristics. In view of this, it is an object of the present invention to provide a bio-optical sensor that detects visible light having the potential of being applied as a semiconductor and organic photosensor element.
또한 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 바이오 광센서를 이용한 빌리버딘 용액을 적용하여 이에 따라 가시광선을 검출할 수 있는 빌리버딘 바이오 광센서 장치를 제공하는 것이다.In addition, another technical problem to be achieved by the present invention is to provide a biliverdine bio-optical sensor device capable of detecting visible light accordingly by applying a biliverdine solution using the bio-optical sensor.
또한 본 발명의 또 다른 기술적 과제는, 누에 고치로부터 산출되는 누에고치로부터 빌리버딘을 추출하여 상기 빌리버딘을 DMSO에 용해시킨 후 건조시키고 원심분리하는 방법으로 빌리버딘을 추출하여 투명전극 상에 코팅된 금속 산화물 에 화학적 흡착의 방법으로 상기 빌리버딘을 부착시킬 수 있는 가시광을 검출하는 바이오 광센서를 제조하는 방법을 제공하고자 한다. In addition, another technical problem of the present invention is to extract biliverdine from the cocoon produced from the cocoon, dissolve the biliverdine in DMSO, dry and centrifuge to extract biliverdine to extract the transparent electrode onto the transparent electrode. It is intended to provide a method of manufacturing a bio-optical sensor that detects visible light capable of attaching biliburdine by a method of chemical adsorption to a metal oxide coated on a metal oxide.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be additionally considered within a range that can be easily inferred from the following detailed description and its effects.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 산누에나방 빌리버딘을 이용한 가시광 검출 바이오 광센서는, 산누에나방의 실크고치에서 추출된 빌리버딘 용액을 금속 산화물 입자가 코팅된 전극에 부어 금속 산화물 입자에 코팅되어 빛을 조사하였을 때 빌리버딘에서 발생한 전자가 금속 산화물 입자로 이동되는 전자 전달 효과가 일어나서 광전효과를 유발하며, 상기 광전효과를 이용하여 자가 발전 모드에서 자체적으로 가시광선을 검출할 수 있는 빌리버딘 코팅 금속산화물 입자를 포함하는 가시광 검출 바이오 광센서인 것일 수 있다.In order to achieve the above object, a visible light detection bio-optical sensor using a Sannue moth biliverine according to an embodiment of the present invention is an electrode coated with a metal oxide particle of a biliverdine solution extracted from a silk cocoon of a Sannue moth When it is coated on metal oxide particles and irradiated with light, electrons generated from biliverine are transferred to the metal oxide particles to cause an electron transfer effect, which causes a photoelectric effect. It may be a visible light detection bio-optical sensor comprising biliverdine coated metal oxide particles capable of detecting light.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가시광 검출 바이오 광센서는 470~620nm의 파장 범위에서 가시광을 검출할 수 있는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the visible light detection bio-optical sensor may be capable of detecting visible light in a wavelength range of 470 to 620 nm.
본 발명의 일 실시예에 따른 빌리버딘 바이오 광센서 장치에 있어서, 2개의 전도성 산화물을 포함하는 전극;과, 상기 2개의 전극 중 하나에는 백금(pt)이 코팅되고, 상기 2개의 전극 사이에는, 빌리버딘 용액이 코팅된 금속 산화물;및, 상기 금속 산화물을 밀봉시키고, 상기 빌리버딘 용액이 흐르는 것을 방지하는 형판(template)을 포함하는 것일 수 있다.In the billiberdine bio-optic sensor device according to an embodiment of the present invention, an electrode comprising two conductive oxides; and, platinum is coated on one of the two electrodes, and between the two electrodes , A metal oxide coated with a biliverdine solution; and a template that seals the metal oxide and prevents the biliverdine solution from flowing.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전극에 포함된 전도성 산화물은 FTO(Flrourine Doped Tin Oxide), AZO(aluminium doped Zinc Oxide), ATO(Aluminium doped Tin Oxide) 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물인 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the conductive oxide included in the electrode is any one selected from Fluorine Doped Tin Oxide (FTO), Aluminum doped Zinc Oxide (AZO), Aluminum doped Tin Oxide (ATO), and Indium Tin Oxide (ITO). It may be the above compound.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물에는, 이산화티타늄(TiO2), 이산화 주석(SnO2) 및 산화 아연(ZnO) 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the metal oxide may be one or more selected from titanium dioxide (TiO2), tin dioxide (SnO2), and zinc oxide (ZnO).
본 발명의 일 실시예에 따른 산누에나방 빌리버딘을 이용한 가시광 검출 바이오 광센서의 제조방법은 전극 상에 금속 산화물 페이스트를 코팅하는 단계(s20);와, 상기 금속 산화물 페이스트로부터 열처리하여 금속산화물을 형성하는 단계(s30);와, 상기 금속산화물이 코팅된 전극을 금속 산화물 전구체 용액에 침지하는 단계(S35);와, 상기 금속 산화물을 형성한 후 중앙부가 개구된 형판(template)을 전극 상에 형성하는 단계(s40);와, 상기 형판의 중앙부에 빌리버딘을 주입하여 금속산화물에 코팅하는 단계(s50);와, 상기 금속산화물 코팅 후 건조하는 단계(s60);와, 상기 건조 단계 이후 백금이 코팅된 전극을 적층하는 단계(s70);와, 상기 백금이 코팅된 전극에 형성된 홀을 통해 전해질을 주입하는 단계(s80); 및 상기 백금이 코팅된 전극에 형성된 홀을 실링(sealing)하는 단계(s90)를 포함하는 것일 수 있다.A method of manufacturing a visible light detection bio-optical sensor using a mountain silkworm biliverine according to an embodiment of the present invention comprises the steps of coating a metal oxide paste on an electrode (s20); and heat-treating the metal oxide paste from the metal oxide paste. Forming (s30); and immersing the metal oxide-coated electrode in a metal oxide precursor solution (S35); and, after forming the metal oxide, a template having a central portion opened thereon is formed on the electrode. Forming (s40); and injecting biliverine into the central portion of the template to coat the metal oxide (s50); and drying after coating the metal oxide (s60); and after the drying step Laminating a platinum-coated electrode (s70); and injecting an electrolyte through a hole formed in the platinum-coated electrode (s80); And sealing the hole formed in the platinum-coated electrode (s90).
본 발명에서 이용되는 빌리버딘은 산누에나방의 녹색 누에고치로부터 세리신을 제거한 후 이를 DMSO에 용해하여 얻을 수 있다. The biliverdine used in the present invention can be obtained by removing sericin from a green cocoon of a mountain silkworm moth and dissolving it in DMSO.
세리신의 제거는 누에고치를 0.1~5 (w/v)%의 Na2CO3 수용액에 침지하고 교반하여 수행될 수 있고, 상기 교반 과정은 300~500 rpm에서 50~70℃에서 2~4 시간 동안 교반하는 과정을 1~4회 수행하는 것이 바람직하다. Removal of sericin can be performed by immersing the cocoon in an aqueous solution of 0.1 to 5 (w/v)% Na2CO3 and stirring, and the stirring process is stirred for 2 to 4 hours at 50 to 70°C at 300 to 500 rpm. It is preferable to perform the process 1-4 times.
세리신이 제거된 누에고치는, 0.05~0.5 g/ml이 되도록 DMSO에 누에고치를 침지한 후, 40~50℃에서 12~48시간 동안 300~500rpm으로 교반한 후 용해하여 도 1의 화학구조를 갖는 빌리버딘이 용해된 용액을 얻을 수 있다. The cocoon with sericin removed was immersed in DMSO so as to be 0.05 to 0.5 g/ml, stirred at 40 to 50° C. for 12 to 48 hours at 300 to 500 rpm, dissolved, and dissolved to have the chemical structure of FIG. 1. A solution in which biliverdine is dissolved can be obtained.
상기 용액 상의 빌리버딘의 특징은 본 발명의 Mass spectrum 결과와 Optical absorption 및 PL spectra 결과를 통해 확인된다. The characteristic of biliverdine on the solution is confirmed through the results of the mass spectrum and optical absorption and PL spectra of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가시광 검출 바이오 광센서는, 가시광 영역에서 빌리버딘이 흡착된 금속 산화물을 통과할 때, 형광 소광(fluorescence quenching) 현상을 보이는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the visible light detection bio-optic sensor may exhibit a fluorescence quenching phenomenon when biliverdine passes through the adsorbed metal oxide in the visible light region.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가시광 검출 바이오 광센서는 자가 발전(self-powered)이 가능한 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the visible light detection bio-optical sensor may be capable of self-powered.
본 발명의 일 실시예에 따른 산누에나방 빌리버딘을 이용한 가시광 검출 바이오 광센서에 따르면, 글래스 전극의 일측에 금속 산화물을 형성하고 상기 금속 산화물 상에 산누에나방 실크고치에서 추출된 빌리버딘을 화학적 흡착시키는 방법으로 가시광 조사 시 빌리버딘에서 발생한 광을 상기 금속 산화물로 이동시켜 광전변환 생체 소재로 사용할 수 있는 산누에나방 빌리버딘을 이용한 가시광 검출 바이오 광센서를 제공할 수 있다.According to a visible light detection bio-optic sensor using a wild silkworm moth biliverine according to an embodiment of the present invention, a metal oxide is formed on one side of a glass electrode, and biliburdine extracted from the silkworm moth silk cocoon is chemically formed on the metal oxide. As a method of adsorption, it is possible to provide a visible light detection bio-optical sensor using a wild silkworm moth biliverine which can be used as a photoelectric conversion biomaterial by moving light generated from biliverdine upon visible light irradiation to the metal oxide.
본 발명의 일 실시예에 따르면 빌리버딘의 광유도 특성을 이용할 수 있어서 외부 인가전압이 없는 조건에서도 빌리버딘을 염료로 사용한 바이오 광센서가 성공적으로 동작하는 것을 확인할 수 있었다.According to an embodiment of the present invention, it was confirmed that the bio-inductive sensor using biliverdine as a dye can be successfully operated even in the absence of an externally applied voltage because the light-inducing property of biliverdine can be used.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 빌리버딘의 화학식을 나타낸다.
도 2는 누에로부터 추출한 질량분석법으로 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 실외 사육을 통하여 산누에나방(천잠)을 사육하고, 실크고치를 생산함으로써 성장되는 것을 보여주는 사진이다.
도 4는 산누에 나방(천잠)의 실크고치에 대한 광학적인 특성을 조사한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산누에나방 실크고치로부터 빌리버딘을 추출하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서의 템플릿과 빌리버딘 용액을 상기 템플릿 안에 주입하는 과정을 보여주는 도면과 가시광 검출 바이오 광센서를 통해서 이미지를 측정하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다.
도 7(a), (b)은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서에 의해 방출된 빛의 이미지를 보여주는 사진과 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서의 구성을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서를 이용해서 0V 인가 조건에서 전류가 증가하는 것을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서의 전류 전압 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11의 (a), (b)는 가시광 검출 바이오 광센서의 전류/전압 광반응성 특성 그래프이고, (c), (d)는 전류, 전압의 광반응 응답속도 그래프이다.
도 12의 (a), (b)는 가시광선 검출용 바이오 광센서의 소자 안정성 분석 결과를 보여주는 그래프이다.1 shows the chemical formula of biliverdine.
2 is a graph showing the results of analysis by mass spectrometry extracted from silkworms.
FIG. 3 is a photograph showing the growth of wild silkworm moths (napweed) through outdoor breeding and production of silk cocoons.
Figure 4 is a graph showing the results of examining the optical properties of the silkworm cocoon of the silkworm moth (Champion).
5 is a view showing a process of extracting biliburdine from a silkworm moth silk cocoon according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a process of injecting a template of a visible light detection bio-optical sensor and a biliverine solution into the template according to an embodiment of the present invention, and showing a configuration of an apparatus for measuring an image through the visible light detection bio-optical sensor It is a drawing.
7 (a) and (b) are photographs and graphs showing images of light emitted by a visible light detection bio-optical sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view schematically showing the configuration of a visible light detection bio-optical sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing an increase in current under a 0V application condition using a visible light detection bio-optic sensor according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing current voltage characteristics of a visible light detection bio-optical sensor according to an embodiment of the present invention.
11A and 11B are graphs of current/voltage photoreactivity characteristics of the visible light detection bio-optic sensor, and (c) and (d) graphs of photoreaction response speeds of current and voltage.
12A and 12B are graphs showing results of device stability analysis of the bio-light sensor for visible light detection.
이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The following examples and drawings are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. In addition, unless otherwise defined in the technical terms and scientific terms used in the present invention, those skilled in the art to which this invention belongs have the meanings commonly understood, and the present invention in the following description and accompanying drawings Descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter are omitted.
본 발명은 빌리버딘을 이용한 바이오 광센서에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-optical sensor using biliverdine.
빌리버딘을 이용한 바이오 광센서를 제조하는 과정은 이하와 같다.The process of manufacturing a bio-optical sensor using billiardine is as follows.
(빌리버딘 용액의 준비)(Preparation of biliverdine solution)
참나무산누에나방의 누에가 생산한 누에고치는 농촌진흥청의 국립농업과학원(대한민국, 완주)의 농장에서 수확되었는데, 이 누에는 참나무가 심겨진 야외 번식 농장에서 사육되었다. The cocoon produced by the silkworms of the oak tree silkworm moth was harvested on a farm at the National Academy of Agricultural Science (Wangju, South Korea) of the Rural Development Administration, which was bred on an outdoor breeding farm planted with oak trees.
누에고치를 얻기 위해, 참나무산누에나방의 알을 참나무에 두고 누에로 부화하고 누에고치가 되는 과정이 모두 완료되면(도 3 및 표 1 참조), 이 누에고치를 수집하고 고치 안의 번데기를 제거하였다. In order to obtain the cocoon, the eggs of the oak mountain silkworm moth were placed on the oak and hatched with silkworms, and when the process of becoming a cocoon was completed (refer to FIG. 3 and Table 1), the cocoon was collected and the pupa inside the cocoon was removed.
다음으로는 이렇게 얻은 참나무산누에나방의 누에고치로부터 세리신을 제거하는 과정이 필요한데, 열에 의한 빌리버딘 색소의 변성을 최소화하기 위해 저온에서 물리화학적 방법으로 세리신을 제거하는 방법을 이용하였다. 이를 위해 고치를 degumming solution (Na2CO3, 2.5g/L)에 담근 후 400 rpm에서 60℃에서 3 시간 동안 교반하고 증류수로 세척하였다. 이 과정은 3번 반복되었다. 이러한 과정을 통해 세리신이 제거된 누에고치는 이후 실온(25℃)의 암실에서 건조하였다. Next, a process of removing sericin from the cocoon of the oak tree silkworm moth obtained as described above is required. In order to minimize the degeneration of the biliverine pigment by heat, a method of removing sericin at a low temperature was used. To this end, the cocoon was immersed in a degumming solution (Na 2 CO 3 , 2.5 g/L) and stirred at 400 rpm for 3 hours at 60° C. and washed with distilled water. This process was repeated three times. The cocoon from which sericin was removed through this process was then dried in a dark room at room temperature (25°C).
빌리버딘 색소는 세리신이 제거된 참나무산누에나방의 누에고치로부터 DMSO(dimethyl sulfoxide)를 용매로 하여 추출하였다. 이를 위해, 세리신이 제거된 누에고치를 10 mm 미만의 크기로 세절하고, 누에고치 농도가 1 g/10 ml가 되도록 DMSO에 누에고치를 넣은 후, 45℃에서 24시간 동안 400rpm으로 교반하여 용해하였다.The biliverdine pigment was extracted with DMSO (dimethyl sulfoxide) from the cocoon of the sericin-removed oak silkworm moth. To this end, the cocoon with sericin removed was chopped to a size of less than 10 mm, the cocoon was added to DMSO so that the cocoon concentration was 1 g/10 ml, and then dissolved by stirring at 400 rpm for 24 hours at 45°C. .
교반 후에는 용해되지 않은 누에고치 조각을 여과과정을 통해 제거하여 녹색의 용액을 얻었다. 이 용액을 다시 실온(25℃)에서 9000rpm으로 원심분리하여 침전된 펠릿(pellet)을 제거하여 최종적으로 빌리버딘이 포함된 색소 용액을 얻었으며, 이 용액은 실온의 암실에 보관하였다. After stirring, undissolved cocoon pieces were removed through a filtration process to obtain a green solution. The solution was again centrifuged at 9000 rpm at room temperature (25° C.) to remove the precipitated pellet to finally obtain a pigment solution containing biliverdine, and the solution was stored in a dark room at room temperature.
이렇게 준비된 실크 고치에 대하여 탈검 공정(degumming, 정련, s30)을 진행할 수 있다. 사육된 녹색 산누에나방(천잠) 실크고치를 탄산나트륨(Na2CO3)으로 저온에서 정련(degumming)공정을 진행할 수 있다. 상기 저온은 60℃ 정도가 적당할 수 있다. 왜냐하면 정련 온도가 높으면 실크고치에 포함되어 있는 빌리버딘 안료(biliverdin pigment)가 열유도로 인한 변성(denaturation)을 유발할 수 있기 때문이다. The degumming process (degumming, refining, s30) may be performed on the silk cocoons thus prepared. The reared green silkworm moth (Chunjam) silk cocoon can be subjected to a degumming process at low temperature with sodium carbonate (Na 2 CO 3 ). The low temperature may be about 60 ℃. This is because when the refining temperature is high, the biliverdin pigment contained in the silk cocoon may cause denaturation due to heat induction.
이와 같은 정련 공정은 세리신(sericin)을 제거하기 위한 공정일 수 있다. 이때 정련 공정은 탄산나트륨 용액으로 3시간 동안 400rpm의 속도로 저어 주는 과정으로 진행할 수 있다.Such a refining process may be a process for removing sericin. At this time, the refining process may be performed by stirring at a rate of 400 rpm for 3 hours with sodium carbonate solution.
(바이오 광센서 장치의 준비)(Preparation of bio light sensor device)
전도성 산화물이 포함된 전극(110)을 준비할 수 있다.An
상기 전도성 산화물은 FTO(Flrourine Doped Tin Oxide), AZO(aluminium doped Zinc Oxide), ATO(Aluminium doped Tin Oxide) 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물인 것일 수 있다.The conductive oxide may be any one or more compounds selected from Fluorine Doped Tin Oxide (FTO), Aluminum doped Zinc Oxide (AZO), Aluminum doped Tin Oxide (ATO), and Indium Tin Oxide (ITO).
상기 전도성 산화물이 포함된 전극(110) 상에 금속 산화물 페이스트를 코팅하는 과정을 진행할 수 있다(s20). 금속 산화물 페이스트는 금속산화물 나노입자, 바인더 용액 및 분산제를 포함할 수 있다.A process of coating a metal oxide paste on the
상기 금속 산화물 나노입자는, 티타늄 산화물, 니오븀 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, 텅스텐 산화물, 주석 산화물 및 아연 산화물로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 상기 산화물들은 단독으로 사용되거나 또는 2 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직한 금속산화물의 예로는 TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Nb2O5, TiSrO3 등을 들 수 있고, 특히 바람직하게는 아나타제형의 TiO2가 좋다.The metal oxide nanoparticles may use one or more selected from the group consisting of titanium oxide, niobium oxide, hafnium oxide, indium oxide, tungsten oxide, tin oxide, and zinc oxide, but are not limited thereto. The oxides may be used alone or in combination of two or more. Examples of preferred metal oxides include TiO 2 , SnO 2 , ZnO, WO 3 , Nb 2 O 5 , TiSrO 3 and the like, particularly preferably anatase TiO 2 .
분산제로는 카르복실 에스테르계 분산제 또는 포스페이트계 분산제를 사용할 수 있다.As the dispersant, a carboxyl ester-based dispersant or a phosphate-based dispersant can be used.
또한 바인더 용액으로는 바인더 용액은 유기바인더와 용매를 포함한다. 유기 바인더는 용매에 용해된 후 점성을 부여하고, 금속산화물 페이스트 조성물의 건조 후에 결합력을 부여한다. 본 발명에서 사용가능한 유기바인더 수지의 예들은 아크릴계, 스티렌계, 셀룰로오스계, 메타크릴산에스테르 폴리머, 스티렌-아크릴산 에스테르 공중합체, 폴리비닐부티랄, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. In addition, the binder solution includes an organic binder and a solvent. The organic binder imparts viscosity after being dissolved in a solvent, and imparts bonding strength after drying the metal oxide paste composition. Examples of the organic binder resin usable in the present invention are acrylic, styrene, cellulose, methacrylic acid ester polymers, styrene-acrylic acid ester copolymers, polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, polyethylene oxide, polypropylene carbonate, polymethyl Methacrylates, but are not limited thereto.
사용가능한 용매로는 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소 화합물, 테트라히드로퓨란, 1,2-부톡시에탄 등의 에테르화합물, 아세톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤 화합물, 아세트산 에틸, 아세트산 부틸, 부틸카르비톨아세테이트(BCA; butyl carbitol acetate) 등의 에스테르 화합물, 이소프로필알콜, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 테르피네올, 2-페녹시에탄올 등의 알콜화합물 등을 들 수 있다. 바람직한 혼합 용매의 예는 테르피네올(terpineol) 부틸카르비톨아세테이트의 혼합용매이다. 이와 같이 전극 상에 금속 산화물 페이스트를 닥터 블레이드(doctor blade) 방법으로 도포하고 난 후 유기화합물을 제거하기 위해 연속적인 열처리 공정을 진행할 수 있다. 구체적으로, 예를 들면, 120℃, 15분, 350℃, 15분, 그리고 450℃, 30분 동안 핫플레이트 위에서 가열하는 공정으로 진행할 수 있다(s30).Examples of usable solvents include aromatic hydrocarbon compounds such as toluene and xylene, ether compounds such as tetrahydrofuran and 1,2-butoxyethane, ketone compounds such as acetone and methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, and butyl carbitol acetate And ester compounds such as (BCA; butyl carbitol acetate), alcohol compounds such as isopropyl alcohol, diethylene glycol monobutyl ether, terpineol, and 2-phenoxyethanol. An example of a preferred mixed solvent is a mixed solvent of terpineol butyl carbitol acetate. As described above, after the metal oxide paste is applied on the electrode by a doctor blade method, a continuous heat treatment process may be performed to remove organic compounds. Specifically, for example, 120°C, 15 minutes, 350°C, 15 minutes, and 450°C, for 30 minutes may be performed by heating on a hot plate (s30).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서의 템플릿과 빌리버딘 용액을 상기 템플릿 안에 주입하는 과정을 보여주는 도면(상측)이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서를 통해서 이미지를 측정하는 장치의 구성을 보여주는 도면이다(하측).6 is a view showing the process of injecting the template and the biliverine solution of the visible light detection bio-optical sensor according to an embodiment of the present invention in the template (upper), visible light detection bio-light according to an embodiment of the present invention It is a diagram showing the configuration of a device that measures an image through a sensor (bottom).
도 6을 참조하면, 전극(110) 위에 금속 산화물(120)이 형성될 수 있다.Referring to FIG. 6, the
상기 금속 산화물(120)은 열처리를 거친 아나타제 상의 이산화티타늄(TiO2)일 수 있다. 상기 이산화티타늄은 5-15㎛의 두께로 형성될 수 있다. The
또한 LED 광원(310)에서 나온 빛이 상기 금속 산화물(120) 상에 형성된 빌리버딘 용액(210) 쪽으로 조사될 수 있다.In addition, light from the LED
여기소스(excitation source)로는 470nm의 파장을 갖는 광원이 사용될 수 있다.As an excitation source, a light source having a wavelength of 470 nm may be used.
LED 광원(310)으로 조사하면 빌리버딘 용액(210)에서 광루미네선스(photo luminesense: PL)에 의해 빛을 방출할 수 있다. 이와 같이 빌리버딘 용액(210)을 통해서 나온 빛에 대해서는 CCD(Charge coupled device)를 통한 분석이 진행될 수 있다.When irradiated with the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서에 의해 방출된 빛의 이미지를 보여주는 사진(상측)과 그래프(하측)이다.7 is a photograph (top) and a graph (bottom) showing an image of light emitted by a visible light detection bio-optical sensor according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 빌리버딘 용액(210)에서 방출되는 PL 이미지를 확인할 수 있다. 또한 도 7에 도시된 바와 같이 금속 산화물(TiO2)(120) 상에서 코팅된 빌리버딘 용액(210)은 금속 산화물(120)이 없는 층보다 낮아진 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, a PL image emitted from the
이것은 금속 산화물(120) 상에 코팅된 빌리버딘에 의한 형광소광(fluorescence quenching) 현상에 기인한 것으로 판단된다. This is believed to be due to the phenomenon of fluorescence quenching by biliverdine coated on the
이는 좀더 구체적으로 빌리버딘 용액(210)에서 빛의 조사를 통하여 발생된 전자가 금속산화물(120) 쪽으로 광유도(photoinduced)에 기인한 것으로 판단된다. 이러한 결과는 산누에나방 빌리버딘을 이용한 가시광 검출 바이오 광센서에서 빌리버딘 안료(biliverdin pigment)의 광전 변화 생체 소자로서의 활용가능성을 암시한다고 볼 수 있다. 또한 빌리버딘이 가시광선을 검출하는 기능을 수행할 수 있음을 의미한다.This is more specifically, it is determined that electrons generated through irradiation of light in the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서의 구성을 모식적으로 보여주는 도면이다.8 is a view schematically showing the configuration of a visible light detection bio-optical sensor according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 빌리버딘 바이오 광센서 장치(200)에서 전극(110)과 상대전극(114) 사이에 전해질(130)과 빌리버딘 용액(210)이 화학적으로 흡착되어 있는 금속산화물 (120)가 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, the metal oxide in which the
이와 같이 전극(110) 위에 이산화티타늄인 금속 산화물(120)을 형성하고 난 후 빌리버딘 용액(210)이 확산되는 것을 방지하기 위해 형판(template, 140)을 설치하는 공정을 진행할 수 있다(s40). 예를 들면 상기 형판(140)은 PDMS(Polydimethyl siloxane) 재질로 형성될 수 있다.After forming the
상기 PDMS 형판을 형성하는 단계는 액상의 Sylgard 184 silicone elastomers kit(Dow Corning사)의 제품을 사용하여 base에 curing agent가 10:1의 중량비가 되도록하여 도포한 후에 경화되도록 할 수 있다.The step of forming the PDMS template may be cured after coating by applying a curing agent in a weight ratio of 10:1 to the base using a product of a liquid Sylgard 184 silicone elastomers kit (Dow Corning).
이와 같이 경화되고 난 후에는 10mm의 직경을 갖는 공동(cavity)를 형성할 수 있다. 이와 같은 공동을 갖고 있는 PDMS는 전극(110) 상에 라미네이팅(laminating)elf 수 있다. 이와 같은 라미네이팅 공정을 통해서 상기 PDMS의 두께는 5-15mm가 되도록 형성할 수 있다. After curing, a cavity having a diameter of 10 mm can be formed. PDMS having such a cavity may be laminating (elf) on the
상기 PDMS는 고분자 접착제로서의 기능을 수행하는 물질로서 전극(110)과의 접착력이 우수하다. 또한 상기 PDMS는 공동(cavity)를 포함하고 있어서, 상기 금속 산화물(120)의 주변을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이러한 조치는 상기 금속 산화물(120) 위에 주입되는 빌리버딘 용액이 유동성을 가지고 주변으로 흘러내려서 상기 빌리버딘과 이산화티타늄인 금속산화물과의 접촉을 통한 빛을 통한 전자 전달을 효과적으로 유도하기 위함일 수 있다. The PDMS is a material that functions as a polymer adhesive and has excellent adhesion to the
이와 같이 형판(140)이 설치된 전극(110) 위에 빌리버딘 용액(210)을 붓는 공정을 진행할 수 있다(s50). 상기 빌리버딘 용액의 준비과정은 (빌리버딘 용액의 준비) 공정에서 제시된 바와 같다.As such, a process of pouring the
빌리버딘 용액(210)을 형판(140)이 형성된 전극(110) 상에 주입하고 난 후에는 건조 공정이 진행될 수 있다(s60). 상기 건조 공정(s60)은 오븐(미도시) 안에서 30-50℃의 온도에서 5-10시간 동안 진행될 수 있다.After injecting the
이와 같이 구성되어 있는 빌리버딘 바이오 광센서 장치(200)에 대하여 광조사를 하였을 때 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 전류가 증가하는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 9, when light is irradiated to the biliburdine
빌리버딘 바이오 광센서 장치는 누에로부터 추출된 빌리버딘을 흡착한 금속 산화물인 이산화티타늄(TiO2)를 이용하여 가시광선을 검출할 수 있다. The billiberdine bio-optical sensor device can detect visible light using titanium dioxide (TiO2), which is a metal oxide adsorbing billiardine extracted from silkworms.
따라서 도 9에서 이산화티타늄이 열처리로 붙어 있는 전극(110)의 위에 코팅되어 있는 빌리버딘을 통해서만, 전류 전달현상이 발생할 수 있다.Therefore, in FIG. 9, current transmission may occur only through biliverdine coated on the
이러한 내용은 도 7의 (a)와 (b)를 통해서 확인한 바와 같다. 즉 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 흡수되는 PL(photoluminescence) 의 강도 저하는 15% 정도일 수 있다.This is as confirmed through (a) and (b) of FIG. 7. That is, as shown in FIG. 7(b), the intensity of the absorbed PL (photoluminescence) may be about 15%.
전극(110) 상에 코팅된 금속 산화물(120) 위에 빌리버딘 용액(210)을 부어서 건조시킨 후에는 밀봉시킬 수 있도록 하기 위해 백금(112)이 코팅된 상대전극(114)을 부착하는 공정(s70)을 진행할 수 있다.The process of attaching the counter electrode 114 coated with platinum 112 to allow sealing after pouring the
이와 같이 기본적인 빌리버딘 바이오 광센서 장치로서 외양을 갖추고 난 후에는 외부 노출에 의한 열화 등을 막기위해서 밀봉시키는 작업이 필요하다. 이러한 밀봉 작업으로는 비닐 밀봉재인 파라필름(hot melt parafilm)을 사용할 수 있다. 먼저 적층된 백금(102), 상대전극(104)과 고분자 접착제인 형판(PDMS, 140)을 밀봉시키도록 비닐 밀봉재인 파라필름을 사용해서 둘러싸는 작업을 진행할 수 있다. As a basic biliverdine bio-optical sensor device, it is necessary to seal it in order to prevent deterioration due to external exposure after having an external appearance. As the sealing operation, a hot melt parafilm, which is a plastic sealing material, may be used. First, the encapsulation may be performed by using a parafilm that is a plastic sealing material to seal the
이때 빌리버딘 바이오 광센서 장치로서의 활용을 위해서는 전기 전달 효과를 유발하기 위해 전해질을 주입하는 공정이 필요하다. 상기 전해질은 외부에 노출되면 산화 등을 통해서 열화될 수 있기 때문에 상기 상대전극(104) 상에 형성된 홀(도면 번호 미부여)를 통해서 주입하는 공정을 진행할 수 있다.At this time, in order to utilize it as a biliverdine bio-optical sensor device, a process of injecting an electrolyte is required to induce an electric transmission effect. Since the electrolyte may deteriorate through oxidation when exposed to the outside, a process of injecting through a hole (not assigned a drawing number) formed on the
이와 같이 상대전극(104)을 전극(110)과 합치게 되면 빌리버딘 바이오 광센서 장치로서의 기본적인 형상을 구비한다고 볼 수 있다.Thus, when the
이와 같은 빌리버딘 바이오 광센서 장치로서의 작동을 위해서는 전해질을 주입하는 공정(s80)을 진행할 수 있다. 상기 전해질의 주입은 백금이 코팅된 상대전극 상에 형성된 홀(hole) 통해서 상기 샌드 위치 형상의 빌리버딘 바이오 광센서 장치(200) 쪽으로 주입될 수 있다. 상기 전해질로는 요오드의 아세토나이트릴 용액, NMP용액, 3-메톡시프로피오나이트릴, 트리페닐메탄올, 카르바졸, N,N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐)-4,4'디아민(TPD) 등을 포함할 수 있다.In order to operate as the biliburdine bio-optical sensor device, a process of injecting an electrolyte (s80) may be performed. The injection of the electrolyte may be injected toward the billiberdine
이와 같이 전해질을 주입하고 난 후에는 상기 상대전극(114)에 형성되어 있는 홀을 밀봉시키기위해 유리 커버를 덮고 비닐 밀봉재인 파라필름으로 실링하는 작업(S90)을 진행할 수 있다. After injecting the electrolyte as described above, the operation of covering the glass cover and sealing with a parafilm, which is a plastic sealing material, may be performed to seal the hole formed in the counter electrode 114 (S90).
(결과 분석)(Result analysis)
이와 같이 제조된 산누에나방 빌리버딘을 이용한 가시광 검출 바이오 광센서의 작동에 대해서 설명하면 이하와 같다.The operation of the visible light detection bio-optical sensor using the produced silkworm moth biliverine is as follows.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서를 이용해서 0V 인가 조건에서 전류가 증가하는 것을 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing an increase in current under a 0V application condition using a visible light detection bio-optic sensor according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 외부 바이어스가 없는 자가 발전 모드에서 전류가 약 7.6㎂/㎠로 증가함을 확인할 수 있었다. 가시광 검출 바이오 광센서를 통한 자가 발전(self-powered)가 가능함을 의미한다고 할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be confirmed that in the self-generation mode without external bias, the current increases to about 7.6 mA/cm2. It can be said that self-powered through visible light bio-sensor is possible.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가시광 검출 바이오 광센서의 전류 전압 특성을 보여주는 그래프이다.10 is a graph showing current voltage characteristics of a visible light detection bio-optical sensor according to an embodiment of the present invention.
도 10을 참조하면, 전류는 빠른 광응답 속도를 보이지만 전압은 상대적으로 전류보다 다소 느린 광응답 속도를 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the current shows a fast photoresponse speed, but the voltage shows a slightly slower photoresponse speed than the current.
또한 주의하여야 할 사항의 한 가지로서 빌리버딘 용액(210)은 광표백(photo bleaching)으로 인한 손상 문제가 있기 때문에 이에 대한 확인이 필요할 수 있다.In addition, as one of the things to be careful of, the
즉 LED광원(310)과 같은 광원의 ON/OFF 스위이에 의한 광반응 특성을 확인할 필요가 있다.That is, it is necessary to check the photoreaction characteristics of the light source such as the
도 11의 (a), (b)는 가시광 검출 바이오 광센서의 전류/전압 광반응성 특성 그래프이고, (c), (d)는 전류, 전압의 광반응 응답속도 그래프이다.11(a) and 11(b) are graphs of the current/voltage photoreactivity characteristics of the visible light detection bio-optic sensor, and (c) and (d) are graphs of the current and voltage photoreaction response speeds.
도 11(a) 내지 (d)에서 확인할 수 있는 바와 같이, 광반응 특성에 문제가 없음을 확인할 수 있었다. As can be seen in Figure 11 (a) to (d), it was confirmed that there is no problem in the photoreaction properties.
이로부터 다른 바이오 소재 기반 광센서에 비해 우수하거나 유사한 특성을 보인다는 것을 확인할 수 있다.From this, it can be seen that it shows superior or similar characteristics compared to other bio-material-based photosensors.
도 12의 (a), (b)는 가시광선 검출용 바이오 광센서의 소자 안정성 분석 결과를 보여주는 그래프이다.12A and 12B are graphs showing results of device stability analysis of the bio-light sensor for visible light detection.
도 12 (a), (b)를 참조하면, 가시광선 검출 바이오 광센서는 도 12(a)에서 2000번 스위칭 후 바이오 광센서의 전류 생산은 초기값에 비해 10% 저하된다는 것을 확인할 수 있었다.12 (a) and (b), the visible light detection bio-optic sensor was confirmed that the current production of the bio-optical sensor after switching 2000 times in FIG. 12(a) is 10% lower than the initial value.
또한 도 12(b)의 결과에서 확인할 수 있는 바와 같이, 1440시간(60일) 경과 후 소자의 전류 생산은 초기 값에 비해 8% 저하된다는 것을 확인할 수 있었다.In addition, as can be seen from the results of FIG. 12(b), it was confirmed that after 1440 hours (60 days), the current production of the device decreased by 8% compared to the initial value.
이로부터 빌리버딘 용액(210)이 코팅된 가시광 검출용 바이오 광센서는 금속 산화물(120)과 전해질(130)에 영향이 없음을 확인할 수 있었다.From this, it was confirmed that the bio-optical sensor for detecting visible light coated with the
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, in the present invention, it has been described by specific matters and limited embodiments and drawings, which are provided to help the overall understanding of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention Various modifications and variations can be made by those skilled in the art.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and should not be determined, and all claims that are equivalent or equivalent to the scope of the claims as well as the claims described below belong to the scope of the spirit of the invention. .
110: 전극
120: 금속 산화물
140: 형판
210: 빌리버딘 용액
310: LED 광원
320: CCD(Charge Coupled Device) 장치 110: electrode 120: metal oxide
140: template 210: biliverdine solution
310: LED light source 320: CCD (Charge Coupled Device) device
Claims (9)
상기 광전효과를 이용하여 자가 발전 모드에서 자체적으로 가시광선을 검출할 수 있는 빌리버딘 코팅 금속산화물 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는
가시광 검출 바이오 광센서. The electron transfer effect of the electrons generated in billiberdine being transferred to the metal oxide particles is applied by pouring the biliverdine solution extracted from the silkworm cocoon of the silkworm moth onto the electrode coated with the metal oxide particles and irradiating light. Wake up and cause photoelectric effect,
Characterized in that it comprises a metal oxide particles coated with biliverdine that can detect visible light itself in the self-generation mode using the photoelectric effect
Visible light detection bio light sensor.
상기 가시광 검출 바이오 광센서는
470~620nm의 파장 범위에서 가시광선을 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는
가시광 검출 바이오 광센서According to claim 1,
The visible light detection bio-sensor
Characterized in that it can detect visible light in the wavelength range of 470 to 620 nm.
Visible light detection bio light sensor
상기 금속 산화물은 이산화티타늄(TiO2)를 포함하는 것을 특징으로 하는
가시광 검출 바이오 광센서 According to claim 1,
The metal oxide is characterized in that it comprises titanium dioxide (TiO 2 )
Visible light detection bio light sensor
2개의 전도성 산화물을 포함하는 전극;
상기 2개의 전극 중 하나에는 백금(pt)이 코팅되고,
상기 2개의 전극 사이에는,
빌리버딘 용액이 코팅된 금속 산화물; 및
상기 금속 산화물을 밀봉시키고, 상기 빌리버딘 용액이 흐르는 것을 방지하는 형판(template)을 포함하는 것을 특징으로 하는
빌리버딘 바이오 광센서 장치.In the Billiberdine bio photosensor device,
An electrode comprising two conductive oxides;
Platinum (pt) is coated on one of the two electrodes,
Between the two electrodes,
Metal oxide coated with biliverdine solution; And
And a template that seals the metal oxide and prevents the biliverdine solution from flowing.
Billiardine bio-optic sensor device.
상기 전도성 산화물은
FTO(Flrourine Doped Tin Oxide), AZO(aluminium doped Zinc Oxide), ATO(Aluminium doped Tin Oxide) 및 ITO(Indium Tin Oxide) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는
빌리버딘 바이오 광센서 장치.According to claim 4,
The conductive oxide
FTO (Flrourine Doped Tin Oxide), AZO (Aluminium doped Zinc Oxide), ATO (Aluminium doped Tin Oxide) and ITO (Indium Tin Oxide) selected from any one or more compounds, characterized in that
Billiardine bio-optic sensor device.
전해질을 더 포함하되,
상기 전해질은
요오드의 아세토나이트릴 용액, NMP용액, 3-메톡시프로피오나이트릴, 트리페닐메탄올, 카르바졸, N, N'-디페닐-N,N'-비스(3-메틸페닐)-1,1'-바이페닐)-4,4'디아민(TPD) 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는
빌리버딘 바이오 광센서 장치.According to claim 4,
Further comprising an electrolyte,
The electrolyte
Iodine acetonitrile solution, NMP solution, 3-methoxypropionitrile, triphenylmethanol, carbazole, N, N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)-1,1'- Biphenyl)-4,4'diamine (TPD)
Billiardine bio-optic sensor device.
상기 금속 산화물 페이스트로부터 열처리하여 금속산화물을 형성하는 단계(s30);
상기 금속산화물이 코팅된 전극을 금속 산화물 전구체 용액에 침지하는 단계(S35);
상기 금속 산화물을 형성한 후 중앙부가 개구된 형판(template)을 전극 상에 형성하는 단계(s40);
상기 형판의 중앙부에 빌리버딘을 주입하여 금속산화물에 코팅하는 단계(s50);
상기 금속산화물 코팅 후 건조하는 단계(s60);
상기 건조 단계 이후 백금이 코팅된 전극을 적층하는 단계(s70);
상기 백금이 코팅된 전극에 형성된 홀을 통해 전해질을 주입하는 단계(s80); 및
상기 백금이 코팅된 전극에 형성된 홀을 실링(sealing)하는 단계(s90)를 포함하는 것을 특징으로 하는
가시광 검출 바이오 광센서의 제조방법.Coating a metal oxide paste on the electrode (s20);
Forming a metal oxide by heat treatment from the metal oxide paste (s30);
Immersing the metal oxide coated electrode in a metal oxide precursor solution (S35);
Forming a template having a central portion open on the electrode after forming the metal oxide (s40);
Injecting biliverine in the center of the template to coat the metal oxide (s50);
Drying after coating the metal oxide (s60);
Laminating a platinum-coated electrode after the drying step (s70);
Injecting an electrolyte through a hole formed in the platinum-coated electrode (s80); And
And sealing the hole formed in the platinum-coated electrode (s90).
Method for manufacturing visible light detection bio-light sensor.
상기 가시광 검출 바이오 광센서는,
가시광 영역에서 빌리버딘이 흡착된 금속 산화물을 통과할 때,
형광 소광(fluorescence quenching) 현상을 보이는 것을 특징으로 하는
가시광 검출 바이오 광센서의 제조방법. The method of claim 7,
The visible light detection bio-light sensor,
When biliverdine passes through the adsorbed metal oxide in the visible region,
Characterized by showing a fluorescence quenching phenomenon
Method for manufacturing visible light detection bio-light sensor.
상기 가시광 검출 바이오 광센서는
자가 발전(self-powered)이 가능한 것을 특징으로 하는
가시광 검출 바이오 광센서의 제조방법. The method of claim 7,
The visible light detection bio-sensor
Characterized by being self-powered
Method for manufacturing visible light detection bio-light sensor.
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- 2018-12-14 KR KR1020180161479A patent/KR102146931B1/en active IP Right Grant
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