KR20220006978A - High sensitive sensor for measuring glucose and method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 당 측정 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 소변에서 당을 선택적으로 측정할 수 있는 당 측정 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a glucose sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a glucose measuring sensor capable of selectively measuring glucose in urine and a manufacturing method thereof.
당뇨병은 인슐린 작용 이상 또는 인슐린 분비 결함 등에 의해 혈중 포도당의 농도가 높아지는 고혈당을 특징으로 하며, 당뇨병으로 인하여 급성 합병증 또는 인체조직의 손상과 관련된 만성 합병증을 유발한다. 최근 우리나라에서도 당뇨병 환자가 증가추세에 있으며, 국민건강보험공단이 진료비 자료를 분석한 결과, 당뇨 환자는 2006년 163만 명에서 2010년 202만 명으로 23.9% 증가했으며, 2015년도에 발표된 국민건강영양조사 자료에 의하면 30세 이상의 성인 10명중 1명이 당뇨병 질환이 있는 것으로 분석되었다. Diabetes mellitus is characterized by hyperglycemia in which the concentration of blood glucose is increased due to abnormal insulin action or insulin secretion defect, and causes acute complications or chronic complications related to damage to human tissues due to diabetes. Recently, the number of diabetic patients is increasing in Korea as well. As a result of analysis of medical expenses data by the National Health Insurance Corporation, the number of diabetic patients increased by 23.9% from 1.63 million in 2006 to 2.02 million in 2010. According to the nutritional survey data, it was analyzed that 1 in 10 adults over the age of 30 had diabetes.
당뇨병을 관리 및 치료하는데 매우 중요한 요소는 주기적으로 혈당을 측정하여 모니터링 함으로써 혈당 관리를 하는 것이다. 혈당 관리를 위한 현재 시판되는 대표적인 혈당기는 혈당정보를 나타내 주는 혈당기기, 혈액을 올려놓는 검사지 및 혈액을 채취할 때 쓰이는 채혈기로 구성되어 있다. 혈당기의 혈당기기는 오래 사용할 수 있으나, 혈당을 측정하기 위해 혈액을 검출하는 부분인 혈당 스트립(검사지)과 채혈기는 한번 사용하고 버려야 한다는 단점이 있다.A very important factor in managing and treating diabetes is to manage blood sugar by periodically measuring and monitoring blood sugar. A representative blood sugar device currently on the market for blood sugar management consists of a blood sugar device that displays blood sugar information, a test strip on which blood is placed, and a blood sampler used to collect blood. Although the blood glucose device of the blood glucose meter can be used for a long time, there is a disadvantage that the blood glucose strip (test strip) and the blood sampler, which are parts that detect blood to measure blood glucose, must be used once and then thrown away.
혈당을 측정하기 위해 일반적으로 쓰이는 방법으로는 손가락 끝 모세혈관에서 적은 양의 혈액을 채취하여 검사지에 혈액을 묻혀 측정을 하는 방법이 있다. 검사지, 즉 혈당 스트립에는 혈액 내 혈당과 반응하는 효소를 포함하며 이를 이용한 전기화학적 반응을 통해 혈당을 검출하게 된다. 하지만 혈당 관리를 위해 손가락 끝에서 적은 양의 혈액을 채취하기 위한 채혈 방법은 환자들에게 공포감 및 손가락 끝의 통증을 쉽게 느끼는 부작용들로 인해 꺼려지고 있다. 또한, 의학적으로도 감염의 위험이 있기 때문에 혈액 채취를 통한 혈당 측정 방법이 아닌 무 채혈 혈당 측정에 대한 연구를 오래 전부터 많은 연구진이 연구를 진행 중에 있다.A commonly used method for measuring blood sugar is to collect a small amount of blood from the capillaries at the tip of the finger and apply the blood to a test strip for measurement. The test strip, that is, the blood sugar strip, contains an enzyme that reacts with blood sugar in the blood, and the blood sugar is detected through an electrochemical reaction using the enzyme. However, the blood sampling method for collecting a small amount of blood from the fingertip for blood sugar control is reluctant due to the side effects of patients feeling fear and pain at the fingertip easily. In addition, since there is a medical risk of infection, many researchers have been conducting research on blood glucose measurement for a long time rather than a blood glucose measurement method through blood collection.
그 중 무 채혈 혈당 측정에 대표적인 방법인 소변을 이용하는 방법은, 당 측정은 스트립 기반의 뇨당 센서를 사용하여 수행될 수 있다. 그러나 뇨당 센서는 색 변화를 표준색과의 비교로 정량을 추정하는 단순한 형태의 센서로, 실제 배뇨 중의 당의 정량적 농도에 대한 정보가 부재하며 정확한 정량치 확보가 어렵다는 문제점이 있다.Among them, in a method using urine, which is a representative method for measuring blood glucose without blood, glucose measurement may be performed using a strip-based urine glucose sensor. However, the urine glucose sensor is a simple sensor that estimates the quantity by comparing the color change with a standard color, and there is a problem in that there is no information on the quantitative concentration of sugar during actual urination, and it is difficult to secure an accurate quantitative value.
본 발명의 일 목적은 소변 내의 당을 제외한 다른 물질을 차단시킬 수 있는 부재를 포함하여, 소변 내의 당만을 선택적으로 측정할 수 있는 고감도 당 측정 센서를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a high-sensitivity glucose sensor capable of selectively measuring only sugar in urine, including a member capable of blocking substances other than sugar in urine.
본 발명의 다른 목적은 당의 정량적인 측정이 가능한 고감도 당 측정 센서를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a high-sensitivity glucose measurement sensor capable of quantitatively measuring sugar.
본 발명의 또 다른 목적은 당을 선택적으로 측정할 수 있도록 소변 내의 당을 제외한 다른 물질을 차단시킬 수 있는 층을 포함하는 고감도 당 측정 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-sensitivity glucose measurement sensor including a layer capable of blocking substances other than sugar in urine to selectively measure glucose.
본 발명의 일 목적을 위한 고감도 당 측정 센서는 전극, 상기 전극 상에 적층되고 효소를 포함하는 활성층, 및 상기 활성층 상에 적층되고 하기 구조식 1의 구조를 갖는 폴리머를 포함하는 폴리머층을 포함한다:A high-sensitivity glucose sensor for one purpose of the present invention includes an electrode, an active layer laminated on the electrode and containing an enzyme, and a polymer layer laminated on the active layer and including a polymer having a structure of the following Structural Formula 1:
<구조식 1><
상기 구조식 1에서, n은 양의 정수이다.In
일 실시예에 있어서, 상기 폴리머는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) 및 사이클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate, CHMA)가 결합된 중합체일 수 있다.In one embodiment, the polymer comprises 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl methacrylate (1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) and cyclohexyl methacrylate (CHMA). may be a bonded polymer.
일 실시예에 있어서, 상기 효소는 글루코스산화효소일 수 있다.In one embodiment, the enzyme may be a glucose oxidase.
일 실시예에 있어서, 상기 활성층은 글루타알데히드(Glutaraldehyde, GA)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the active layer may include glutaraldehyde (GA).
일 실시예에 있어서, 상기 활성층은 알부민(Bovine serum albumin, BSA)을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the active layer may further include albumin (Bovine serum albumin, BSA).
본 발명의 다른 목적을 위한 고감도 당 측정 센서의 제조 방법은 전극 상에 효소를 포함하는 활성용액을 도포하여 활성층을 형성하는 제1 단계, 용매에 개시제, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) 및 사이클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate, CHMA)를 첨가하고 중합시켜 하기 구조식 1의 구조를 갖는 폴리머를 합성하는 제2 단계, 및 상기 활성층 상에 상기 합성된 폴리머를 도포하여 폴리머층을 형성하는 제3 단계를 포함한다:A method for manufacturing a high-sensitivity glucose sensor for another purpose of the present invention comprises a first step of forming an active layer by coating an active solution containing an enzyme on an electrode, an initiator in a solvent, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoro A second step of synthesizing a polymer having the structure of
<구조식 1><
상기 구조식 1에서, n은 양의 정수이다.In
일 실시예에 있어서, 상기 효소는 글루코스산화효소(glucose oxidase)일 수 있다.In one embodiment, the enzyme may be glucose oxidase (glucose oxidase).
일 실시예에 있어서, 상기 활성층은 글루타알데히드(Glutaraldehyde, GA)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the active layer may include glutaraldehyde (GA).
일 실시예에 있어서, 상기 활성층은 알부민(Bovine serum albumin, BSA)을 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the active layer may further include albumin (Bovine serum albumin, BSA).
일 실시예에 있어서, 상기 개시제는 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN)일 수 있다.In an embodiment, the initiator may be azobisisobutyronitrile (AIBN).
일 실시예에 있어서, 상기 용매는 트리플루오로톨루엔(α,α,α-trifluorotoluene, TFT)일 수 있다.In an embodiment, the solvent may be trifluorotoluene (α,α,α-trifluorotoluene, TFT).
본 발명에 따르면, 당 외의 다른 물질의 차단시킬 수 있는 폴리머층을 적용함으로써 배뇨 속의 포도당만을 선별적으로 검출할 수 있고, 검출된 당의 정량적인 측정이 가능하여 높은 정확도를 가질 수 있으며, 센서의 손상을 방지하여 센서의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by applying a polymer layer that can block substances other than sugar, it is possible to selectively detect only glucose in urination, and quantitative measurement of the detected sugar is possible, so that it can have high accuracy, and damage to the sensor This has the effect of prolonging the life of the sensor.
또한, 세척이 용이하여 당 측정 센서의 감염 및 오염의 위험이 적고, 반복하여 재사용할 수 있으며, 연속적인 측정을 가능하게 하여 매우 경제적이며, 보관이 매우 용이한 장점이 있다. In addition, since it is easy to clean, the risk of infection and contamination of the sugar measuring sensor is small, it can be reused repeatedly, and it is very economical because it enables continuous measurement, and it has the advantages of very easy storage.
도 1 및 2는 본 발명의 폴리머층 합성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 활성층의 포도당 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 폴리머층을 포함하는 센서의 과산화수소(H2O2) 반복 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 당 측정 센서를 이용한 포도당 농도에 따른 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 당 측정 센서를 이용한 보관 기간에 따른 안정성 실험 결과를 나타내는 도면이다.1 and 2 are views for explaining the polymer layer synthesis of the present invention.
3 is a view showing the glucose measurement results of the active layer of the present invention.
4 is a view showing repeated measurement results of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) of the sensor including the polymer layer of the present invention.
5 is a view showing measurement results according to glucose concentration using a glucose measurement sensor manufactured according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing the results of a stability test according to a storage period using a sugar measuring sensor manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in the present application is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, and includes one or more other features or steps. , it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of an operation, a component, a part, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
본 발명은 소변 내에 존재하는 포도당(글루코스, glucose)만을 선택적으로 측정할 수 있는 전기화학적 바이오 센서인 당 측정 센서에 관한 것으로, 소변 내에 포도당을 제외한 아스코르브산(ascorbic acid), 요산(uric acid) 등과 같은 다른 물질들을 차단할 수 있는 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a glucose sensor, which is an electrochemical biosensor that can selectively measure only glucose (glucose) present in urine, and includes ascorbic acid, uric acid, etc. excluding glucose in urine. It is characterized by including a layer capable of blocking the same other materials.
본 발명의 고감도 당 측정 센서 및 이의 제조 방법은 전극, 상기 전극 상에 형성된 활성층 및 상기 활성층 상에 형성되고, 당 이외에 불순물이 전극으로 진입하는 것을 차단할 수 있는 폴리머층을 포함할 수 있다.The high-sensitivity glucose sensor and method for manufacturing the same of the present invention may include an electrode, an active layer formed on the electrode, and a polymer layer formed on the active layer and capable of blocking impurities other than sugar from entering the electrode.
상기 전극은 전류를 측정할 수 있도록 전기전도성이 충분하게 확보된 물질로 형성된 것이라면, 상기 전극을 형성하는 물질의 종류에 대한 특별한 제한은 없다. 바람직하게는, 상기 전극은 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu) 등의 금속 물질, 전도성 고분자, 탄소를 포함하는 탄소 전극(흑연 전극, CNT 전극 등) 등으로 형성될 수 있다. If the electrode is formed of a material having sufficient electrical conductivity to measure a current, there is no particular limitation on the type of material forming the electrode. Preferably, the electrode is a carbon electrode (graphite electrode, CNT electrode, etc.) containing a metal material such as gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), copper (Cu), a conductive polymer, and carbon. can be formed.
상기 활성층은 포도당을 산화시킬 수 있는 층으로, 상기 전극 상에 적층될 수 있다. 상기 활성층은 포도당을 산화시키기 위해 효소(Enzyem)를 포함하는 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 상기 효소는 글루코스산화효소(glucose oxidase)일 수 있다. The active layer is a layer capable of oxidizing glucose and may be laminated on the electrode. The active layer may be formed of a material including an enzyme to oxidize glucose, for example, the enzyme may be a glucose oxidase.
일 실시예에서, 상기 활성층은 글루타알데히드(Glutaraldehyde, GA)를 포함할 수 있다. 상기 글루타알데히드는 가교제(crosslinker)로써 활성층에 포함되는 효소를 상호 간 결합시켜 효소 고정화량을 극대화시킬 수 있다.In one embodiment, the active layer may include glutaraldehyde (GA). The glutaraldehyde may maximize the amount of enzyme immobilization by mutually binding the enzymes included in the active layer as a crosslinker.
또한, 상기 활성층은 글루타알데히드와 함께 추가적으로 단백질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 단백질은 상기 단백질은 알부민(Bovine serum albumin, BSA), 오브알부민(ovalbumin) 등과 같은 단백질일 수 있다.In addition, the active layer may additionally include a protein together with glutaraldehyde. For example, the protein may be a protein such as bovine serum albumin (BSA) or ovalbumin.
다른 실시예에서, 상기 활성층은 글루타알데히드 및 알부민(Bovine serum albumin, BSA)을 포함할 수 있다. 상기 알부민(Bovine serum albumin, BSA)은 효소의 안정성을 증가시킬 수 있다.In another embodiment, the active layer may include glutaraldehyde and bovine serum albumin (BSA). The albumin (Bovine serum albumin, BSA) can increase the stability of the enzyme.
상기 글루코스산화효소는 포도당이 글루콘산이 되는 반응을 촉매하는 효소로, 포도당이 글루코스산화효소에 노출되는 경우, 포도당은 글루코스산화효소에 의해 산화되어 글루콘산(gluconic acid)을 생성할 수 있다. 이 때, 산소는 높은 환원력 때문에 과산화수소(H2O2)로 쉽게 환원될 수 있다. 정리하면, 포도당은 글루코스산화효소와 반응하는 동안, 포도당의 산화와 산소의 환원이 동시에 일어나 글루콘산(gluconic acid)과 과산화수소(H2O2)를 생성할 수 있다. 일반적으로 대부분의 당 측정 센서는 반응을 통해 생성된 과산화수소(H2O2)의 양을 측정하거나 소모되는 산소의 양을 측정함으로써 포도당을 측정할 수 있다. The glucose oxidase is an enzyme that catalyzes the reaction of glucose into gluconic acid. When glucose is exposed to glucose oxidase, the glucose is oxidized by the glucose oxidase to produce gluconic acid. At this time, oxygen may be easily reduced to hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) due to its high reducing power. In summary, while glucose reacts with glucose oxidase, oxidation of glucose and reduction of oxygen occur simultaneously to produce gluconic acid and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). In general, most glucose sensors measure glucose by measuring the amount of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) generated through the reaction or by measuring the amount of oxygen consumed.
본 발명에서는 글루코스산화효소가 포도당의 반응에서 산화 및 환원 형태로 가역적으로 변화되면서 반응의 촉매 역할만 수행한 후, 다시 원상태로 회복되는 과정에서 전자의 이동을 수반한다는 점을 이용하여, 상기 전자의 이동을 통해 전하의 양을 측정함으로써 포도당을 정량화하여 측정할 수 있다. In the present invention, by using the fact that glucose oxidase is reversibly changed into oxidation and reduction forms in the reaction of glucose and performs only the catalytic role of the reaction, and it accompanies the movement of electrons in the process of restoring it back to its original state, Glucose can be quantified and measured by measuring the amount of charge through movement.
상기 활성층은 상기 전극 상에 효소를 포함하는 활성용액을 도포함으로써 적층될 수 있다. 상기 활성용액은 겔화가 진행되고 있는 용액일 수 있다. 상기 활성용액을 이용한 활성층의 형성은 스핀 코터를 이용하여 형성할 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 활성층의 두께는 특별히 한정하지는 않으며, 필요한 상황에 알맞은 두께로 조절할 수 있다.The active layer may be laminated by applying an active solution containing an enzyme on the electrode. The active solution may be a solution in which gelation is in progress. The active layer using the active solution may be formed using a spin coater. However, the present invention is not necessarily limited thereto. The thickness of the active layer is not particularly limited, and may be adjusted to a thickness suitable for a necessary situation.
일 실시예에서, 상기 활성용액은 글루타알데히드(Glutaraldehyde, GA)를 포함할 수 있다. 상기 글루타알데히드는 가교제(crosslinker)로써 활성층에 포함되는 효소의 고정화를 위해 첨가되는 것일 수 있다.In one embodiment, the active solution may contain glutaraldehyde (GA). The glutaraldehyde may be added to immobilize an enzyme included in the active layer as a crosslinker.
또한, 상기 글루타알데히드를 포함하는 활성용액은 추가적으로 단백질을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 단백질은 알부민(Bovine serum albumin, BSA), 오브알부민(ovalbumin) 등과 같은 물질일 수 있다.In addition, the active solution containing glutaraldehyde may further contain a protein. For example, the protein may be a substance such as albumin (Bovine serum albumin, BSA) or ovalbumin.
일 실시예에서, 상기 활성용액은 글루타알데히드 및 알부민(Bovine serum albumin, BSA)을 포함할 수 있다. 상기 알부민(Bovine serum albumin, BSA)은 효소의 안정성을 증가시키기 위해 첨가되는 것일 수 있다.In one embodiment, the active solution may include glutaraldehyde and bovine serum albumin (BSA). The albumin (Bovine serum albumin, BSA) may be added to increase the stability of the enzyme.
상기 폴리머층은 소변 내의 당을 제외한 모든 물질을 차단하는 역할을 하는 층으로, 상기 활성층 상에 적층될 수 있다. 상기 폴리머층은 하기 구조식 1의 구조를 갖는 폴리머를 포함하여 제조될 수 있다.The polymer layer is a layer that blocks all substances except sugar in urine, and may be laminated on the active layer. The polymer layer may be prepared by including a polymer having a structure of
<구조식 1><
상기 구조식 1에서, n은 양의 정수이다.In
상기 구조식 1의 구조를 갖는 폴리머는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) 및 사이클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate, CHMA)를 중합시켜 제조될 수 있다. The polymer having the structure of
이하에서는, 상기 폴리머의 합성 및 폴리머층의 합성을 위한 퍼플루오로데실 메타크릴레이트의 구조를 나타내는 도 1 및 2를 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.Hereinafter, it will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2 showing the structure of perfluorodecyl methacrylate for the synthesis of the polymer and the synthesis of the polymer layer.
도 1 및 2를 참조하면, 일 실시예에서, 상기 폴리머는 용매에 개시제, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) 및 사이클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate, CHMA)를 첨가하고 중합시켜 제조될 수 있다. 1 and 2 , in one embodiment, the polymer comprises an initiator in a solvent, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl methacrylate (1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) and It can be prepared by adding and polymerizing cyclohexyl methacrylate (CHMA).
상기 개시제는 중합 반응의 개시제(Initiator)로, 중합하고자 하는 단량체에 라디칼을 처음 형성시킬 수 있는 물질을 의미한다. 예를 들면, 상기 개시제는 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN)일 수 있다.The initiator is an initiator of a polymerization reaction, and refers to a material capable of first forming radicals in a monomer to be polymerized. For example, the initiator may be azobisisobutyronitrile (AIBN).
상기 용매는 중합 반응을 위한 물질들을 용해시킬 수 있는 물질을 의미하며, 예를 들면, 상기 용매는 상기 용매는 트리플루오로톨루엔(α,α,α-trifluorotoluene, TFT)일 수 있다.The solvent means a material capable of dissolving materials for a polymerization reaction. For example, the solvent may be trifluorotoluene (α,α,α-trifluorotoluene, TFT).
상기 폴리머의 중합은 폴리머 중합이 충분하게 이루어질 수 있는 조건이면 특별히 제한하지는 않으며, 일 실시예에서, 상기 중합은 6시간 동안 약 72℃에서 수행될 수 있다.Polymerization of the polymer is not particularly limited as long as the conditions for polymer polymerization can be sufficiently performed, and in one embodiment, the polymerization may be performed at about 72° C. for 6 hours.
상기 폴리머층은 상기 중합된 폴리머를 유기용매에 용해시킨 용해액을 이용하여 형성될 수 있다. 상기 유기용매는 상기 중합된 폴리머를 녹일 수 있는 유기 용매이면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들어 아세톤, 알코올 등을 사용할 수 있다. 상기 폴리머층의 형성은 스핀코터를 이용하여 수행될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며 상기 활성층 상에 상기 폴리머층을 코팅시킬 수 있는 방법이면 모두 가능하다.The polymer layer may be formed using a solution obtained by dissolving the polymerized polymer in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent capable of dissolving the polymerized polymer, and for example, acetone or alcohol may be used. The formation of the polymer layer may be performed using a spin coater, but is not limited thereto, and any method capable of coating the polymer layer on the active layer may be used.
본 발명에 따르면, 소변 내에서 당 이외의 물질이 센서 내부로 진입하는 것을 차한달 수 있는 폴리머층을 구비함으로써, 센서의 손상을 방지하며 선택적으로 당만을 검출하여 측정함으로써 높은 감도를 가진 센서를 제공할 수 있다.According to the present invention, by providing a polymer layer that can block substances other than sugar from entering the sensor in urine, damage to the sensor is prevented, and a sensor with high sensitivity is provided by selectively detecting and measuring only sugar can do.
이하에서, 구체적인 실시예를 통해서 본 발명의 고감도 당 측정 센서 및 이의 제조 방법에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the high-sensitivity glucose measurement sensor of the present invention and a manufacturing method thereof will be described in more detail through specific examples. However, the embodiments of the present invention are merely some embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
전극/활성층 제조Electrode/Active Layer Manufacturing
포도당을 검출하기 위한 포도당 검출 층인 활성층을 전극 상에 적층시켰다. 먼저, 글루타알데히드 (Glutaraldehyde, GA)용액과 효소(Enzyem)와 알부민(Bovine serum albumin, BSA)용액을 혼합하여 혼합용액을 제조하고, 일정 시간 경과 후 상기 혼합용액이 겔(gel)-화 되는 현상을 이용하여 제작하였다. 상기 혼합용액의 제조 후, 약 1분 후에 겔-화가 진행되는 상기 혼합용액을 스핀 코터를 이용하여 전극 전면에 일정한 두께를 가지도록 도포하여 적층하였고, 그 결과 전극 상에 포도당 검출 층인 활성층이 적층된 구조물(전극/활성층)을 제조하였다.An active layer, which is a glucose detection layer for detecting glucose, was laminated on the electrode. First, a mixed solution is prepared by mixing a glutaraldehyde (GA) solution, an enzyme (Enzyem) and a bovine serum albumin (BSA) solution, and after a certain period of time, the mixed solution becomes a gel. It was produced using the phenomenon. After the preparation of the mixed solution, the mixed solution, in which gelation proceeds after about 1 minute, was applied and laminated to have a constant thickness on the front surface of the electrode using a spin coater. A structure (electrode/active layer) was prepared.
상기에서 제조된 구조물(전극/활성층)을 이용하여 0, 31.25, 62.5, 125, 250, 500, 1000mg/dl의 농도를 갖는 포도당을 전기화학적 방법으로 검출하였고, 그 결과를 도 3에 나타냈다.Glucose having concentrations of 0, 31.25, 62.5, 125, 250, 500, and 1000 mg/dl was detected by an electrochemical method using the structure (electrode/active layer) prepared above, and the results are shown in FIG. 3 .
도 3을 참조하면, 상기 활성층에 의해 농도에 따른 포도당 검출이 가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3 , it can be confirmed that glucose can be detected according to the concentration by the active layer.
전극/폴리머층 제조Electrode/Polymer Layer Manufacturing
소변(배뇨)속의 당을 제외한 방해물질들을 차단하기 위한 폴리머층을 전극 상에 적층시켰다. 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA), 사이클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate, CHMA), 트리플루오로톨루엔(α,α,α-trifluorotoluene, TFT) 및 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN)을 혼합하고, 6시간 동안 72℃에서 중합을 시켜 P(FDA-r-CHMA)를 합성하였다. 상기 합성된 P(FDA-r-CHMA)를 유기 용매로 용해시켜 스핀 코터를 이용하여 전극 전면에 도포한 후 30분 동안의 고정화를 통해, 전극 상에 P(FDA-r-CHMA)폴리머층이 적층된 구조물(전극/폴리머층)을 제조하였다.A polymer layer to block interfering substances except for sugar in urine (urination) was laminated on the electrode. 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl methacrylate (1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA), cyclohexyl methacrylate (CHMA), trifluorotoluene (α,α) ,α-trifluorotoluene, TFT) and azobisisobutyronitrile (AIBN) were mixed, and polymerization was performed at 72° C. for 6 hours to synthesize P (FDA-r-CHMA). After dissolving the synthesized P(FDA-r-CHMA) in an organic solvent and applying it to the entire electrode using a spin coater, the P(FDA-r-CHMA) polymer layer was applied on the electrode through immobilization for 30 minutes. A laminated structure (electrode/polymer layer) was prepared.
상기에서 제조된 구조물(전극/폴리머층)을 이용하여 포도당과 글루코스산화효소(glucose oxidase)반응 후의 반응물인 과산화수소(H2O2)의 반복 측정 능력을 평가하였다. 그 결과를 도 4에 나타냈다.Repeat measurement ability of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), a reaction product after glucose and glucose oxidase reaction, was evaluated using the structure (electrode/polymer layer) prepared above. The results are shown in FIG. 4 .
도 4를 참조하면, 반복 측정시에도 P(FDA-r-CHMA) 폴리머층은 사라지지 않고 유지가 되는 것을 확인 하였으며, 또한 반응물인 과산화수소(H2O2)의 반응만 측정이 가능한 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 4 , it was confirmed that the P (FDA-r-CHMA) polymer layer was maintained without disappearing even during repeated measurement, and it was confirmed that only the reaction of the reactant, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) can be measured. have.
전극/활성층/폴리머층 제조Electrode/active layer/polymer layer manufacturing
상기에서 제조한 구조물(전극/활성층) 상에 상기 구조물(전극/폴리머층)의 제조에서 폴리머층을 적층한 공정과 동일한 공정을 수행하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고 감도 당 측정 센서(전극/활성층/폴리머층)를 제조하였다. By performing the same process as the process of laminating a polymer layer in the preparation of the structure (electrode/polymer layer) on the structure (electrode/active layer) prepared above, the high-sensitivity glucose measurement sensor according to an embodiment of the present invention ( electrode/active layer/polymer layer) was prepared.
상기 당 측정 센서의 선택적 포도당 검출 테스트를 위해 각각 0, 31.25, 62.5, 125, 250, 500, 1000mg/dl의 포도당 농도를 갖는 소변을 이용하여, 포도당 검출 능력을 테스트 하였고, 그 결과를 도 5에 나타냈다. For the selective glucose detection test of the glucose sensor, the glucose detection ability was tested using urine having a glucose concentration of 0, 31.25, 62.5, 125, 250, 500, and 1000 mg/dl, respectively, and the results are shown in FIG. showed
도 5를 참조하면, 상기 센서는 소변 내 각각의 포도당 농도에 따른 포도당을 검출할 수 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5 , it can be confirmed that the sensor can detect glucose according to each glucose concentration in the urine.
또한, 고 감도 당 측정 센서(전극/활성층/폴리머층)를 일반 수돗물에 7일 동안 보관함으로써 상기 센서의 보관 기간에 따른 안정성 능력을 평가하였고, 그 결과를 도 6에 나타냈다.In addition, by storing the high-sensitivity glucose measurement sensor (electrode/active layer/polymer layer) in general tap water for 7 days, the stability ability of the sensor according to the storage period was evaluated, and the results are shown in FIG. 6 .
도 6을 참조하면, 본 발명의 센서는 7일이 지난 후에도 포도당 측정이 가능함을 확인할 수 있다.상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Referring to FIG. 6 , it can be confirmed that the sensor of the present invention can measure glucose even after 7 days have elapsed. Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will recognize the following patents It will be understood that various modifications and variations of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims.
Claims (11)
상기 전극 상에 적층되고 효소를 포함하는 활성층; 및
상기 활성층 상에 적층되고 하기 구조식 1의 구조를 갖는 폴리머를 포함하는 폴리머층을 포함하는,
고감도 당 측정 센서:
<구조식 1>
상기 구조식 1에서, n은 양의 정수이다.
electrode;
an active layer laminated on the electrode and including an enzyme; and
A polymer layer laminated on the active layer and comprising a polymer having a structure of the following Structural Formula 1,
High Sensitivity Per Measurement Sensor:
<Structural formula 1>
In Structural Formula 1, n is a positive integer.
상기 폴리머는 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) 및 사이클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate, CHMA)가 결합된 중합체인 것을 특징으로 하는,
고감도 당 측정 센서.
According to claim 1,
The polymer is a polymer in which 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl methacrylate (1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) and cyclohexyl methacrylate (CHMA) are combined. characterized,
High sensitivity per measurement sensor.
상기 효소는 글루코스산화효소인,
고감도 당 측정 센서.
According to claim 1,
The enzyme is glucose oxidase,
High sensitivity per measurement sensor.
상기 활성층은 글루타알데히드(Glutaraldehyde, GA)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
고감도 당 측정 센서.
According to claim 1,
The active layer is characterized in that it contains glutaraldehyde (GA),
High sensitivity per measurement sensor.
상기 활성층은 알부민(Bovine serum albumin, BSA) 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
고감도 당 측정 센서.
5. The method of claim 4,
The active layer is characterized in that it further comprises albumin (Bovine serum albumin, BSA),
High sensitivity per measurement sensor.
용매에 개시제, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실 메타크릴레이트(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) 및 사이클로헥실 메타크릴레이트(cyclohexyl methacrylate, CHMA)를 첨가하고 중합시켜 하기 구조식 1의 구조를 갖는 폴리머를 합성하는 제2 단계; 및
상기 활성층 상에 상기 합성된 폴리머를 도포하여 폴리머층을 형성하는 제3 단계;를 포함하는,
고감도 당 측정 센서의 제조 방법:
<구조식 1>
상기 구조식 1에서, n은 양의 정수이다.
A first step of forming an active layer by applying an active solution containing an enzyme on the electrode;
Initiator, 1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl methacrylate (1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl polyacrylate, PDA) and cyclohexyl methacrylate (CHMA) are added to the solvent and polymerized a second step of synthesizing a polymer having a structure of the following Structural Formula 1; and
A third step of forming a polymer layer by applying the synthesized polymer on the active layer;
Method for manufacturing high-sensitivity glucose measurement sensor:
<Structural formula 1>
In Structural Formula 1, n is a positive integer.
상기 효소는 글루코스산화효소(glucose oxidase)인,
고감도 당 측정 센서.
7. The method of claim 6,
The enzyme is glucose oxidase,
High-sensitivity per-measurement sensor.
상기 활성층은 글루타알데히드(Glutaraldehyde, GA)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
고감도 당 측정 센서의 제조 방법.
7. The method of claim 6,
The active layer is characterized in that it contains glutaraldehyde (GA),
A method for manufacturing a high-sensitivity glucose measurement sensor.
상기 활성층은 알부민(Bovine serum albumin, BSA) 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
고감도 당 측정 센서.
7. The method of claim 6,
The active layer is characterized in that it further comprises albumin (Bovine serum albumin, BSA),
High-sensitivity per-measurement sensor.
상기 개시제는 아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile, AIBN)인,
고감도 당 측정 센서의 제조 방법.
7. The method of claim 6,
The initiator is azobisisobutyronitrile (AIBN),
A method for manufacturing a high-sensitivity glucose measurement sensor.
상기 용매는 트리플루오로톨루엔(α,α,α-trifluorotoluene, TFT)인,
고감도 당 측정 센서의 제조 방법.7. The method of claim 6,
The solvent is trifluorotoluene (α, α, α-trifluorotoluene, TFT),
A method for manufacturing a high-sensitivity glucose measurement sensor.
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JP3214561B2 (en) | 1998-07-02 | 2001-10-02 | 日本電気株式会社 | Enzyme electrode, biosensor and measuring device using the same |
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