KR20220046535A - Enzyme immobilization platform and enzyme immobilization method - Google Patents

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Abstract

Provided is an enzyme immobilization device. The enzyme immobilization device comprises: a base body on which a printed electrode including a base electrode is disposed; and a first electrode and a second electrode spaced apart from each other with the printed electrode interposed therebetween and coupled to the upper end and the bottom end of the base body, respectively, wherein when a voltage is applied to the first electrode and the second electrode, an electric field is formed in a first direction parallel to a longitudinal direction of the printed electrode.

Description

효소 고정 플랫폼 및 효소 고정 방법 {Enzyme immobilization platform and enzyme immobilization method}Enzyme immobilization platform and enzyme immobilization method {Enzyme immobilization platform and enzyme immobilization method}

본 발명은 효소 고정 플랫폼 및 효소 고정 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 베이스 바디와 결합되는 제1 전극 및 제2 전극을 통해 전압이 인가되는 효소 고정 장치를 포함하는 효소 고정 플랫폼 및 효소 고정 방법에 관련된 것이다. The present invention relates to an enzyme immobilization platform and an enzyme immobilization method, and more particularly, to an enzyme immobilization platform and an enzyme immobilization method comprising an enzyme immobilization device in which a voltage is applied through a first electrode and a second electrode coupled to a base body. it is related

바이오 연료전지는 물질의 화학적 에너지를 전기 에너지 형태로 바꾸는 에너지 변환 장치의 일종이다. 일반적으로 통칭되는 전지와 마찬가지로 양극과 음극을 가지고 있으며, 각 전극에 있어서 에너지 전환의 촉매로서 미생물 또는 효소를 이용하는 것을 그 특징으로 한다. 바이오 연료전지의 구동원리는 전해질 내 에 존재하는 기질과, 효소에 의해 촉진되는 화학반응 에서 생성되는 전자를 전극을 통하여 외부로 끌어냄으로써 전력을 생산하게 된다.A biofuel cell is a type of energy conversion device that converts chemical energy of a substance into electrical energy. It has a positive electrode and a negative electrode like a commonly-known battery, and it is characterized by using a microorganism or an enzyme as a catalyst for energy conversion in each electrode. The driving principle of the biofuel cell is to generate electricity by drawing electrons generated from the chemical reaction promoted by the enzyme and the substrate present in the electrolyte to the outside through the electrode.

전자의 생성/소모는 효소 내에 존재하는 보조인자의 산화/환원을 직접 이용하는 경우와, 효소 반응의 생성물이 전자와 반응하는 경우가 있다. 바이오 연료전지의 성능은 이러한 과정에서 생성되는 전자의 수와 생성된 전자의 전달효율에 의해 결정된다. 생성 되는 전자의 양은 전극에 존재하는 효소의 양에 관련 되며, 전자전달능력은 효소와 전극간의 위치관계나 결합형태 등에 기인한다.In the case of generation/consumption of electrons, oxidation/reduction of cofactors present in the enzyme are directly used, and there are cases where the product of the enzymatic reaction reacts with electrons. The performance of the biofuel cell is determined by the number of electrons generated in this process and the electron transfer efficiency. The amount of generated electrons is related to the amount of enzyme present in the electrode, and the electron transfer ability is due to the positional relationship between the enzyme and the electrode or the type of bond.

이에 따라, 바이오 연료전지의 성능을 향상시키기 위하여, 전극에 존재하는 효소의 양을 향상시키거나, 효소와 전극간의 위치관계나 결합형태 등을 개선하는 기술과 관련하여 지속적인 연구 및 개발이 이루어지고 있다. Accordingly, in order to improve the performance of the biofuel cell, continuous research and development are being carried out in relation to a technology for improving the amount of enzyme present in the electrode or improving the positional relationship or bonding form between the enzyme and the electrode. .

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 일정한 전기장을 생성할 수 있는 효소 고정 플랫폼 및 효소 고정 방법을 제공하는 데 있다. One technical problem to be solved by the present invention is to provide an enzyme immobilization platform and an enzyme immobilization method capable of generating a constant electric field.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 효소 고정 효율이 향상된 효소 고정 플랫폼 및 효소 고정 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an enzyme immobilization platform and an enzyme immobilization method having improved enzyme immobilization efficiency.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 장비의 확장 및 대량 생산이 용이한 효소 고정 플랫폼 및 효소 고정 방법을 제공하는 데 있다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an enzyme immobilization platform and an enzyme immobilization method that facilitate expansion of equipment and mass production.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다. The technical problem to be solved by the present invention is not limited to the above.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 효소 고정 플랫폼을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides an enzyme immobilization platform.

일 실시 예에 따르면, 베이스 플레이트, 및 상기 베이스 플레이트 상에 배치되는 복수의 효소 고정 장치를 포함하는 효소 고정 플랫폼에 있어서, 상기 효소 고정 장치는, 워킹 전극(working electrode), 상대 전극(counter electrode), 및 기준 전극(reference electrode)을 포함하는 인쇄 전극, 및 상기 인쇄 전극을 사이에 두고 서로 이격되도록 배치되는 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고, 상기 워킹 전극에 효소(enzyme)를 포함하는 베이스 소스가 제공되되, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전압이 인가되는 경우, 상기 인쇄 전극의 길이 방향과 평행한 제1 방향으로 전기장(electric field)가 형성되고, 상기 효소의 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 상기 제1 방향과 같도록 상기 효소가 회전되어, 상기 효소의 활성화 자리(active site)가 상기 워킹 전극과 인접하게 배치되도록 상기 효소가 상기 베이스 전극에 고정되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, in an enzyme immobilization platform comprising a base plate and a plurality of enzyme immobilization devices disposed on the base plate, the enzyme immobilization device includes a working electrode, a counter electrode and a printed electrode including a reference electrode, and a first electrode and a second electrode disposed to be spaced apart from each other with the printed electrode interposed therebetween, wherein the working electrode includes an enzyme A base source is provided, and when a voltage is applied to the first electrode and the second electrode, an electric field is formed in a first direction parallel to the longitudinal direction of the printed electrode, and the dipole moment of the enzyme ( dipole moment) may include fixing the enzyme to the base electrode so that the enzyme is rotated such that it is the same as the first direction, so that an active site of the enzyme is disposed adjacent to the working electrode.

일 실시 예에 따르면, 상기 효소 고정 장치는, 상기 인쇄 전극이 배치되는 베이스 바디, 상기 제1 전극을 포함하고, 상기 베이스 바디의 상단에 결합되는 제1 결합 바디, 및 상기 제2 전극을 포함하고, 상기 베이스 바디의 하단에 결합되는 제2 결합 바디를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the enzyme immobilization device includes a base body on which the printed electrode is disposed, the first electrode, and a first coupling body coupled to an upper end of the base body, and the second electrode. , may include a second coupling body coupled to the lower end of the base body.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 바디의 내부에는 상기 베이스 바디의 길이 방향을 관통하도록 수용 홈(groove)이 형성되고, 상기 수용 홈 내에 상기 인쇄 전극이 배치되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, an accommodating groove may be formed inside the base body to pass through the longitudinal direction of the base body, and the printed electrode may be disposed in the accommodating groove.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 결합 바디는 상기 제1 전극을 사이에 두고 이격되도록 배치되는 제1 결합 볼트 및 제2 결합 볼트를 포함하되, 상기 제1 결합 볼트 및 제2 결합 볼트를 통해 상기 제1 결합 바디와 상기 베이스 바디가 결합되고, 상기 제2 결합 바디는 상기 제2 전극을 사이에 두고 이격되도록 배치되는 제3 결합 볼트 및 제4 결합 볼트를 포함하되, 상기 제3 결합 볼트 및 제4 결합 볼트를 통해 상기 제2 결합 바디와 상기 베이스 바디가 결합되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first coupling body includes a first coupling bolt and a second coupling bolt disposed to be spaced apart from each other with the first electrode therebetween, and through the first coupling bolt and the second coupling bolt, the A first coupling body and the base body are coupled, and the second coupling body includes a third coupling bolt and a fourth coupling bolt disposed to be spaced apart with the second electrode interposed therebetween, wherein the third coupling bolt and the third coupling bolt It may include coupling the second coupling body and the base body through 4 coupling bolts.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, Ag/AgCl disc 전극을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the first electrode and the second electrode may include an Ag/AgCl disc electrode.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극에 상대적으로 높은 전압(+)이 인가되고, 상기 제2 전극에 상대적으로 낮은 전압(-)이 인가되는 경우, 상기 제1 전극에서 상기 제2 전극 방향으로 상기 전기장이 형성되는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, when a relatively high voltage (+) is applied to the first electrode and a relatively low voltage (-) is applied to the second electrode, from the first electrode to the second electrode It may include forming the electric field.

일 실시 예에 따르면, 상기 효소는, 쌍극자 모멘트의 방향과 활성화 자리의 방향이 직각을 이루는 것을 포함할 수 있다. According to an embodiment, the enzyme may include that the direction of the dipole moment and the direction of the activation site form a right angle.

일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 효소 고정 장치들은 병렬적(parallel)으로 배치되는 것을 포함할 수 있다. According to one embodiment, the plurality of enzyme immobilization devices may include being arranged in parallel (parallel).

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 효소 고정 방법을 제공한다. In order to solve the above technical problem, the present invention provides an enzyme immobilization method.

일 실시 예에 따르면, 상기 효소 고정 방법은, 제1 방향으로 연장되고, 워킹 전극(working electrode), 상대 전극(counter electrode), 및 기준 전극(reference electrode)을 포함하는 인쇄 전극을 준비하는 단계, 상기 인쇄 전극의 상기 워킹 전극에 효소(enzyme)를 포함하는 베이스 소스를 제공하는 단계, 및 상기 인쇄 전극 상에 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 전기장(electric field)을 형성하여, 상기 효소의 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 상기 제1 방향과 같도록 상기 효소를 회전시켜, 상기 효소의 활성화 자리(active site)가 상기 워킹 전극과 인접하게 배치되도록 상기 효소를 상기 워킹 전극에 고정하는 단계를 포함할 수 있다. According to one embodiment, the enzyme immobilization method includes the steps of preparing a printed electrode extending in a first direction and including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode; providing a base source including an enzyme to the working electrode of the printed electrode, and forming an electric field on the printed electrode in a direction parallel to the first direction, so that the dipole of the enzyme Rotating the enzyme so that a dipole moment is the same as the first direction, and fixing the enzyme to the working electrode so that an active site of the enzyme is disposed adjacent to the working electrode. can

일 실시 예에 따르면, 상기 효소는 Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, 또는 Glucose dehydrogenase 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the enzyme may include any one of Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, and Glucose dehydrogenase.

본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치는, 베이스 전극을 포함하는 인쇄 전극이 배치되는 베이스 바디, 및 상기 인쇄 전극을 사이에 두고 서로 이격되어, 상기 베이스 바디의 상단 및 하단에 각각 결합되는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전압이 인가되는 경우, 상기 인쇄 전극의 길이 방향과 평행한 제1 방향으로 전기장(electric field)이 형성되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 균일한 전기장을 형성할 수 있으므로, 효소 고정 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. Enzyme immobilization apparatus according to an embodiment of the present invention, a base body on which a printed electrode including a base electrode is disposed, and a first spaced apart from each other with the printed electrode therebetween, respectively coupled to the upper and lower ends of the base body It may include an electrode and a second electrode, wherein when a voltage is applied to the first electrode and the second electrode, an electric field is formed in a first direction parallel to the longitudinal direction of the printed electrode there is. Accordingly, since a uniform electric field can be formed, the enzyme immobilization process can be effectively performed.

또한, 상술된 바와 같이, 상기 베이스 바디, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 탈부착 형태로 만들어짐에 따라 장비의 확장이 용이하고, 멀티 플랫폼 형태로 구성될 수 있으므로, 효소 고정 공정을 대량으로 수행하기 용이하다. In addition, as described above, as the base body, the first electrode and the second electrode are made in a detachable form, it is easy to expand the equipment, and since it can be configured in a multi-platform form, the enzyme immobilization process is performed in a large amount easy to perform

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치가 포함하는 베이스 바디의 사시도이다.
도 3은 도 2의 T-T' 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치가 포함하는 베이스 전극을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치가 포함하는 제1 전극 및 제2 전극을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치를 통해 전기장이 형성되는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치를 통해 베이스 전극 상에 효소가 고정되는 것을 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 전기장 시뮬레이션을 나타내는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 플랫폼을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예 5 및 비교 예에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 쌍극자 모멘트와 전기장의 각도를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시 예 5 및 비교 예에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 수소 결합 개수를 나타내는 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 5 및 비교 예에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 평균 제곱근 편차(root mean square dEFiation, RMSD)를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 4에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 평균 제곱근 편차(root mean square dEFiation, RMSD)를 나타내는 그래프이다. 1 is a perspective view of an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of the base body included in the enzyme fixing device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view TT′ of FIG. 2 .
4 is a view showing a base electrode included in the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing the first electrode and the second electrode included in the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
6 is an exploded perspective view of an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view of an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing that an electric field is formed through the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing that the enzyme is immobilized on the base electrode through the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
10 and 11 are views showing electric field simulation of the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing an enzyme immobilization platform according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart illustrating an operation method of an enzyme immobilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing the dipole moment and the angle of the electric field of the enzyme included in the enzyme construct according to Example 5 and Comparative Example of the present invention.
15 is a graph showing the number of hydrogen bonds of enzymes included in the enzyme constructs according to Example 5 and Comparative Examples of the present invention.
16 is a graph showing the root mean square dEFiation (RMSD) of enzymes included in the enzyme constructs according to Examples 5 and Comparative Examples of the present invention.
17 is a graph showing the root mean square dEFiation (RMSD) of enzymes included in the enzyme constructs according to Examples 1 to 4 of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical spirit of the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be directly formed on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, thicknesses of films and regions are exaggerated for effective description of technical content.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, third, etc. are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Accordingly, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes a complementary embodiment thereof. In addition, in this specification, 'and/or' is used in the sense of including at least one of the components listed before and after.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다. In the specification, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, element, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features, number, step, configuration It should not be construed as excluding the possibility of the presence or addition of elements or combinations thereof. In addition, in this specification, "connection" is used in a sense including both indirectly connecting a plurality of components and directly connecting a plurality of components.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치가 포함하는 베이스 바디의 사시도이고, 도 3은 도 2의 T-T' 단면도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치가 포함하는 베이스 전극을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치가 포함하는 제1 전극 및 제2 전극을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 분해 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치를 통해 전기장이 형성되는 것을 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치를 통해 베이스 전극 상에 효소가 고정되는 것을 나타내는 도면이다. 1 is a perspective view of an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a base body included in an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention, and FIG. Figure 4 is a view showing the base electrode included in the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is a view showing the first electrode and the second electrode included in the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention , Figure 6 is an exploded perspective view of an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is a cross-sectional view of an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention, Figure 8 is an enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention It is a view showing that an electric field is formed through, and FIG. 9 is a view showing that the enzyme is immobilized on the base electrode through the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치(EI)는 베이스 바디(100), 제1 결합 바디(200), 및 제2 결합 바디(300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 구성에 대해 설명된다. Referring to FIG. 1 , the enzyme immobilization device EI according to an embodiment of the present invention may include a base body 100 , a first coupling body 200 , and a second coupling body 300 . Hereinafter, each configuration will be described.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 상기 베이스 바디(100)는 제1 결합구(100a), 제2 결합구(100b), 제3 결합구(100c), 및 제4 결합구(100d)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 베이스 바디(100)의 내부에는 제1 결합 영역(A1), 제2 결합 영역(A2), 제3 결합 영역(A3), 제4 결합 영역(A4), 및 수용 홈(groove, 100g)이 형성될 수 있다. 2 to 7 , the base body 100 includes a first coupler 100a, a second coupler 100b, a third coupler 100c, and a fourth coupler 100d. can do. In addition, in the interior of the base body 100, a first coupling area (A 1 ), a second coupling area (A 2 ), a third coupling area (A 3 ), a fourth coupling area (A 4 ), and a receiving groove (groove, 100 g) may be formed.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 결합구(100a)는 상기 제1 결합 영역(A1)과 연통될 수 있다. 상기 제2 결합구(100b)는 상기 제2 결합 영역(A2)과 연통될 수 있다. 상기 제3 결합구(100c)는 상기 제3 결합 영역(A3)과 연통될 수 있다. 상기 제4 결합구(100d)는 상기 제4 결합 영역(A4)과 연통될 수 있다. According to an embodiment, the first coupler 100a may communicate with the first coupling area A 1 . The second coupler 100b may communicate with the second coupling region A 2 . The third coupling hole 100c may communicate with the third coupling area A 3 . The fourth coupling hole 100d may communicate with the fourth coupling area A 4 .

상기 제1 결합 영역(A1)의 일단에는 제1 결합 너트(120a)가 배치될 수 있다. 상기 제2 결합 영역(A2)의 일단에는 제2 결합 너트(130a)가 배치될 수 있다. 상기 제3 결합 영역(A3)의 일단에는 제3 결합 너트(120b)가 배치될 수 있다. 상기 제4 결합 영역(A4)의 일 단에는 제4 결합 너트(130b)가 배치될 수 있다. A first coupling nut 120a may be disposed at one end of the first coupling area A 1 . A second coupling nut 130a may be disposed at one end of the second coupling area A 2 . A third coupling nut 120b may be disposed at one end of the third coupling area A 3 . A fourth coupling nut 130b may be disposed at one end of the fourth coupling area A 4 .

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 결합구(100a) 및 상기 제2 결합구(100b)를 통해, 후술되는 제1 결합 바디(200)와 상기 베이스 바디(100)가 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 후술되는 제1 결합 바디(200)가 포함하는 제1 결합 볼트(220)가 상기 제1 결합구(100a)를 통해 상기 제1 결합 영영(A1)으로 삽입된 후, 상기 제1 결합 너트(120a)와 체결될 수 있다. 또한, 후술되는 제1 결합 바디(200)가 포함하는 제2 결합 볼트(230)가 상기 제2 결합구(100b)를 통해 상기 제2 결합 영역(A2)으로 삽입된 후, 상기 제2 결합 너트(130a)와 체결될 수 있다.According to an embodiment, the first coupling body 200 and the base body 100 to be described later may be coupled through the first coupling hole 100a and the second coupling hole 100b. More specifically, after the first coupling bolt 220 included in the first coupling body 200 to be described later is inserted into the first coupling area A 1 through the first coupling hole 100a, the second 1 may be fastened to the coupling nut (120a). In addition, after the second coupling bolt 230 included in the first coupling body 200 to be described later is inserted into the second coupling area A 2 through the second coupling hole 100b, the second coupling It may be fastened with the nut 130a.

이와 달리, 상기 제3 결합구(100c) 및 제4 결합구(100d)를 통해, 후술되는 제2 결합 바디(300)와 상기 베이스 바디(100)가 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 후술되는 제2 결합 바디(300)가 포합하는 제3 결합 볼트(320)가 상기 제3 결합구(100c)를 통해 상기 제3 결합 영역(A3)으로 삽입된 후, 상기 제3 결합 너트(120b)와 체결될 수 있다. 또한, 후술되는 제2 결합 바디(300)가 포함하는 제4 결합 볼트(330)가 상기 제4 결합구(100d)를 통해 상기 제4 결합 영역(A4)으로 삽입된 후, 상기 제4 결합 너트(130b)와 체결될 수 있다. Alternatively, the second coupling body 300 to be described later and the base body 100 may be coupled through the third coupling hole 100c and the fourth coupling hole 100d. More specifically, after the third coupling bolt 320 to which the second coupling body 300 to be described is coupled is inserted into the third coupling area A 3 through the third coupling hole 100c, the second coupling body 300 is coupled. 3 It may be fastened with the coupling nut (120b). In addition, after the fourth coupling bolt 330 included in the second coupling body 300 to be described later is inserted into the fourth coupling area A 4 through the fourth coupling hole 100d, the fourth coupling It may be fastened with the nut 130b.

일 실시 예에 따르면, 상기 수용 홈(100g)은 상기 베이스 바디(100)의 길이 방향을 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 베이스 바디(100)의 길이 방향은, 상기 제1 결합구(100a)로부터 상기 제3 결합구(100c)로 향하는 방향, 또는 상기 제2 결합구(100b)로부터 상기 제4 결합구(100d)로 향하는 방향일 수 있다. According to an embodiment, the receiving groove 100g may be formed to pass through the longitudinal direction of the base body 100 . The longitudinal direction of the base body 100 is a direction from the first coupler 100a to the third coupler 100c, or from the second coupler 100b to the fourth coupler 100d) may be in the direction of

상기 수용 홈(100g)에는 인쇄 전극(printed electrode, 110)이 배치될 수 있다. 상기 인쇄 전극(110)의 경우, 재연성이 높으며 다양한 방법으로 용이하게 수정될 수 있으므로, 후술되는 효소 고정 작업에 적합하다. 상기 수용 홈(100g) 내에 배치된 상기 인쇄 전극(110)의 길이 방향은, 상기 베이스 바디(100)의 길이 방향과 동일할 수 있다. 이하, 상기 인쇄 전극(110)의 길이 방향 및 상기 베이스 바디(100)의 길이 방향은, 제1 방향으로 정의된다. A printed electrode 110 may be disposed in the receiving groove 100g. Since the printed electrode 110 has high reproducibility and can be easily modified in various ways, it is suitable for an enzyme fixing operation to be described later. A longitudinal direction of the printed electrode 110 disposed in the receiving groove 100g may be the same as a longitudinal direction of the base body 100 . Hereinafter, the longitudinal direction of the printed electrode 110 and the longitudinal direction of the base body 100 are defined as a first direction.

일 실시 예에 따르면, 상기 인쇄 전극(110)은 베이스 전극(112), 상대 전극(counter electrode, 미표시), 및 기준 전극(reference electrode, 미표시)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 베이스 전극(112)은 워킹 전극(working electrode)로 사용될 수 있다. According to an embodiment, the printed electrode 110 may include a base electrode 112 , a counter electrode (not shown), and a reference electrode (not shown). That is, the base electrode 112 may be used as a working electrode.

일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 전극(112)으로부터 후술되는 제1 전극(210)까지의 거리(f1) 및 상기 베이스 전극(112)으로부터 후술되는 제2 전극(310)까지의 거리(f2)는 같을 수 있다. 즉, 베이스 전극(112)은, 후술되는 제1 전극(210) 및 제2 전극(310)의 사이의 중심부에 배치될 수 있다. According to an embodiment, a distance f 1 from the base electrode 112 to a first electrode 210 to be described later and a distance f 2 from the base electrode 112 to a second electrode 310 to be described later ) can be the same. That is, the base electrode 112 may be disposed in the center between the first electrode 210 and the second electrode 310 to be described later.

상기 베이스 전극(112)에는 효소(enzyme)를 포함하는 베이스 소스가 제공될 수 있다. 상기 베이스 전극(112)에 상기 베이스 소스가 제공된 상태에서, 상기 베이스 전극(112) 상에 전기장(electric field)이 생성되는 경우, 상기 효소가 상기 베이스 전극(112)에 고정될 수 있다. 보다 구체적인 설명은 후술된다.A base source including an enzyme may be provided to the base electrode 112 . When an electric field is generated on the base electrode 112 in a state in which the base source is provided to the base electrode 112 , the enzyme may be fixed to the base electrode 112 . A more detailed description will be given later.

상기 제1 결합 바디(200)는 제1 전극(210), 제1 결합 볼트(220), 및 제2 결합 볼트(230)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 결합 볼트(220) 및 상기 제2 결합 볼트(230)는, 상기 제1 전극(210)을 사이에 두고 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 전극(210)은 12.5 x 1.0 mm의 크기 및 0.25 mm x 7 mm 길이의 Ag/AgCl disc 전극을 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제1 결합 볼트(220) 및 상기 제2 결합 볼트(230)를 통해 상기 제1 결합 바디(200)는 상기 베이스 바디(100)와 결합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제1 결합 바디(200)는 상기 베이스 바디(100)의 상단에 결합될 수 있다. The first coupling body 200 may include a first electrode 210 , a first coupling bolt 220 , and a second coupling bolt 230 . According to an embodiment, the first coupling bolt 220 and the second coupling bolt 230 may be disposed to be spaced apart from each other with the first electrode 210 interposed therebetween. For example, the first electrode 210 may include an Ag/AgCl disc electrode having a size of 12.5 x 1.0 mm and a length of 0.25 mm x 7 mm. As described above, the first coupling body 200 may be coupled to the base body 100 through the first coupling bolt 220 and the second coupling bolt 230 . According to an embodiment, the first coupling body 200 may be coupled to the upper end of the base body 100 .

상기 제2 결합 바디(300)는 제2 전극(310), 제3 결합 볼트(320), 및 제4 결합 볼트(330)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제3 결합 볼트(320) 및 상기 제4 결합 볼트(330)는, 상기 제2 전극(310)을 사이에 두고 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전극(310)은 12.5 x 1.0 mm의 크기 및 0.25 mm x 7 mm 길이의 Ag/AgCl disc 전극을 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 제3 결합 볼트(320) 및 상기 제4 결합 볼트(330)를 통해 상기 제2 결합 바디9300)는 상기 베이스 바디(100)와 결합될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 제2 결합 바디(300)는 상기 베이스 바디(100)의 하단에 결합될 수 있다. The second coupling body 300 may include a second electrode 310 , a third coupling bolt 320 , and a fourth coupling bolt 330 . According to an embodiment, the third coupling bolt 320 and the fourth coupling bolt 330 may be disposed to be spaced apart from each other with the second electrode 310 interposed therebetween. For example, the second electrode 310 may include an Ag/AgCl disc electrode having a size of 12.5 x 1.0 mm and a length of 0.25 mm x 7 mm. As described above, the second coupling body 9300 may be coupled to the base body 100 through the third coupling bolt 320 and the fourth coupling bolt 330 . According to an embodiment, the second coupling body 300 may be coupled to the lower end of the base body 100 .

상기 제1 전극(210) 및 상기 제2 전극(310)에 전압이 인가되는 경우, 상기 제1 전극(210) 및 상기 제2 전극(310) 사이에 전기장(electric field, EF)이 생성될 수 있다. 상기 전기장(EF)은 상기 인쇄 전극(110)의 길이 방향과 평행한 상기 제1 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 전극(210)에 상대적으로 높은(+) 전압이 인가되고, 상기 제2 전극(310)에 상대적으로 낮은(-) 전압이 인가되는 경우, 상기 제1 전극(210)에서 상기 제2 전극(310) 방향으로 상기 전기장(EF)이 생성될 수 있다. When a voltage is applied to the first electrode 210 and the second electrode 310 , an electric field (EF) may be generated between the first electrode 210 and the second electrode 310 . there is. The electric field EF may be formed in the first direction parallel to the longitudinal direction of the printed electrode 110 . For example, as shown in FIG. 8 , when a relatively high (+) voltage is applied to the first electrode 210 and a relatively low (-) voltage is applied to the second electrode 310 , , the electric field EF may be generated in a direction from the first electrode 210 to the second electrode 310 .

도 9를 참조하면, 상술된 바와 같이, 상기 베이스 전극(112)에 상기 베이스 소스가 제공된 상태에서 상기 전기장(EF)이 생성되는 경우, 상기 베이스 전극(112)에 상기 효소(EZ)가 고정될 수 있다. Referring to FIG. 9 , as described above, when the electric field EF is generated in a state in which the base source is provided to the base electrode 112 , the enzyme EZ is fixed to the base electrode 112 . can

일 실시 예에 따르면, 상기 효소(EZ)는 쌍극자 모멘트(dipole moment)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 효소(EZ)는 쌍극자 모멘트의 방향(P)과 활성화 자리(active site, AS)의 방향(T)이 직각을 이룰 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 효소(EZ)는 상기 쌍극자 모멘트의 방향(P)과 상기 활성화 자리의 방향(T)이 다양한 각도를 이룰 수 있다. 즉, 상기 효소(EZ)의 상기 쌍극자 모멘트의 방향(P)과 상기 활성화 자리의 방향(T)의 각도는 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 효소(EZ)는, Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, 또는 Glucose dehydrogenase 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an embodiment, the enzyme EZ may include a dipole moment. In addition, in the enzyme (EZ), the direction (P) of the dipole moment and the direction (T) of the active site (AS) may form a right angle. Alternatively, according to another embodiment, in the enzyme (EZ), the direction (P) of the dipole moment and the direction (T) of the activation site may form various angles. That is, the angle between the direction (P) of the dipole moment of the enzyme (EZ) and the direction (T) of the activation site is not limited. For example, the enzyme EZ may include any one of Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, and Glucose dehydrogenase.

쌍극자 모멘트를 갖는 상기 효소(EZ)에 상기 전기장(EF)이 인가되는 경우, 상기 효소(EZ)의 상기 쌍극자 모멘트의 방향(P)은 상기 전기장(EF)의 방향과 같도록 정렬될 수 있다. 이에 따라, 상기 전기장(EF)이 상기 제1 방향(예를 들어, 도 9의 X축 방향)으로 인가되는 경우, 상기 효소(EZ)의 상기 쌍극자 모멘트 방향(P)이 상기 제1 방향으로 정렬되므로, 상기 효소(EZ)가 회전될 수 있다. 또한, 상기 효소(EZ)가 회전됨에 따라, 상기 효소(EZ)의 활성화 자리(AS)가 회전되므로, 상기 효소(EZ)의 활성화 자리(AS)와 상기 베이스 전극(112) 사이의 거리가 상대적으로 가까워질 수 있다. 즉, 상기 전기장(EF)이 인가된 후 상기 효소(EZ)의 활성화 자리(AS)와 상기 베이스 전극(112) 사이의 거리(d2)는, 상기 전기장(EF)이 인가되기 전 상기 효소(EZ)의 활성화 자리(AS)와 상기 베이스 전극(112) 사이의 거리(d1)보다 가까울 수 있다. When the electric field EF is applied to the enzyme EZ having a dipole moment, the direction P of the dipole moment of the enzyme EZ may be aligned with the direction of the electric field EF. Accordingly, when the electric field EF is applied in the first direction (eg, the X-axis direction in FIG. 9 ), the dipole moment direction P of the enzyme EZ is aligned in the first direction. Therefore, the enzyme (EZ) can be rotated. In addition, as the enzyme (EZ) rotates, the activation site (AS) of the enzyme (EZ) rotates, so that the distance between the activation site (AS) of the enzyme (EZ) and the base electrode 112 is relatively can be approached to That is, after the electric field EF is applied, the distance d 2 between the activation site AS of the enzyme EZ and the base electrode 112 is, before the electric field EF is applied, the enzyme ( The distance (d 1 ) between the activation site (AS) of the EZ) and the base electrode 112 may be closer than that of the base electrode 112 .

상기 효소(EZ)의 활성화 자리(AS)와 상기 베이스 전극(112) 사이의 거리가 가까워 지는 경우, 상기 효소(EZ)와 상기 베이스 전극(112) 사이의 전자 교환 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 상기 효소(EZ)가 고정된 상기 베이스 전극(112)이 바이오 연료전지 및 효소 기반 센서 등으로 사용되는 경우, 각 어플리케이션의 성능이 향상될 수 있다. When the distance between the activation site AS of the enzyme EZ and the base electrode 112 increases, electron exchange efficiency between the enzyme EZ and the base electrode 112 may be improved. Accordingly, when the base electrode 112 to which the enzyme EZ is fixed is used as a biofuel cell or an enzyme-based sensor, the performance of each application may be improved.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(210) 및 상기 제2 전극(310)에 인가되는 전압이 1.5V 이하로 제어될 수 있다. 이 경우, 상기 전기장(EF)이 인가되기 전 상기 효소(EZ)의 구조가 유지될 수 있다. 이와 달리, 1.5V 초과의 전압으로 생성된 상기 전기장(EF)을 통해 상기 효소(100)가 상기 베이스 전극(112) 상에 고정되는 경우, 상기 효소(EZ)의 구조가 붕괴되는 문제점이 발생될 수 있다. According to an embodiment, the voltage applied to the first electrode 210 and the second electrode 310 may be controlled to be 1.5V or less. In this case, the structure of the enzyme EZ may be maintained before the electric field EF is applied. On the other hand, when the enzyme 100 is fixed on the base electrode 112 through the electric field EF generated with a voltage of more than 1.5V, a problem that the structure of the enzyme EZ is collapsed may occur. can

상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 제1 전극(210) 및 상기 제2 전극(310)에 인가되는 전압이 1mV 이하로 제어될 수 있다. 이에 따라, 상기 효소(EZ)의 고정 효율이 향상될 수 있다. 이와 달리, 상기 전기장(EF)을 생성하는 전압이 1mV를 초과하는 경우, 상기 효소(EZ)가 상기 베이스 전극(112) 상에 고정되지 않는 문제점이 발생될 수 있다. Unlike the above, according to another embodiment, the voltage applied to the first electrode 210 and the second electrode 310 may be controlled to be 1 mV or less. Accordingly, the immobilization efficiency of the enzyme (EZ) may be improved. On the other hand, when the voltage generating the electric field EF exceeds 1 mV, the enzyme EZ may not be fixed on the base electrode 112 .

다시 말해, 상기 전기장(EF)을 생성하는 전압을 제어함으로써, 상기 효소(EZ)의 구조를 유지한 상태로, 상기 베이스 전극(112) 상에 용이하게 고정될 수 있다. In other words, by controlling the voltage generating the electric field EF, the structure of the enzyme EZ may be maintained, and it may be easily fixed on the base electrode 112 .

도 10 및 도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 전기장 시뮬레이션을 나타내는 도면들이다. 10 and 11 are views showing electric field simulation of the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention.

도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 제1 전극(210) 및 상기 제2 전극(310)에 10V의 전압을 인가한 후, 유한요소해석을 이용한 전기장 시뮬레이션을 수행하였다. 도 10 및 도 11에서 확인할 수 있듯이, 상기 제1 방향(베이스 바디 및 인쇄 전극의 길이 방향)으로 균일한 전기장이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 베이스 전극(112)의 위치에서 입력 전위의 절반에 해당되는 전기장이 인가되는 것을 확인할 수 있었다. 10 and 11, after applying a voltage of 10V to the first electrode 210 and the second electrode 310, electric field simulation using finite element analysis was performed. As can be seen in FIGS. 10 and 11 , it was confirmed that a uniform electric field was formed in the first direction (length direction of the base body and the printed electrode). In addition, it was confirmed that an electric field corresponding to half of the input potential was applied at the position of the base electrode 112 .

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 플랫폼을 나타내는 도면이다. 12 is a view showing an enzyme immobilization platform according to an embodiment of the present invention.

도 12를 참조하면, 상기 실시 예에 따른 효소 고정 플랫폼은, 베이스 플레이트(300), 및 상기 베이스 플레이트 상에 배치되는 복수의 효소 고정 장치(EI)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 효소 고정 장치(EI)는 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 효소 고정 장치(EI)와 같을 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 효소 고정 장치(EI)들은 병렬적(parallel)으로 배치될 수 있다. Referring to FIG. 12 , the enzyme immobilization platform according to the embodiment may include a base plate 300 and a plurality of enzyme immobilization devices EI disposed on the base plate. According to an embodiment, the enzyme immobilization device (EI) may be the same as the enzyme immobilization device (EI) according to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 9 . According to one embodiment, the plurality of enzyme immobilization devices (EI) may be arranged in parallel (parallel).

본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치는, 상기 베이스 전극(112)을 포함하는 상기 인쇄 전극(110)이 배치되는 상기 베이스 바디(100), 및 상기 인쇄 전극(110)을 사이에 두고 서로 이격되어, 상기 베이스 바디(100)의 상단 및 하단에 각각 결합되는 상기 제1 전극(200) 및 상기 제2 전극(300)을 포함하되, 상기 제1 전극(200) 및 상기 제2 전극(300)에 전압이 인가되는 경우, 상기 인쇄 전극(110)의 길이 방향과 평행한 제1 방향으로 전기장(electric field)이 형성되는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 균일한 전기장을 형성할 수 있으므로, 효소 고정 공정을 효과적으로 수행할 수 있다. The enzyme immobilization apparatus according to an embodiment of the present invention is spaced apart from each other with the base body 100 in which the printed electrode 110 including the base electrode 112 is disposed, and the printed electrode 110 interposed therebetween. and the first electrode 200 and the second electrode 300 respectively coupled to the upper end and lower end of the base body 100, wherein the first electrode 200 and the second electrode 300 are included. When a voltage is applied to , an electric field may be formed in a first direction parallel to the longitudinal direction of the printed electrode 110 . Accordingly, since a uniform electric field can be formed, the enzyme immobilization process can be effectively performed.

또한, 상술된 바와 같이, 상기 베이스 바디(100), 상기 제1 전극(200) 및 상기 제2 전극(300)이 탈부착 형태로 만들어짐에 따라 장비의 확장이 용이하고, 멀티 플랫폼 형태로 구성될 수 있으므로, 효소 고정 공정을 대량으로 수행하기 용이하다. In addition, as described above, as the base body 100, the first electrode 200, and the second electrode 300 are made in a detachable form, the equipment can be easily expanded and configured in a multi-platform form. Therefore, it is easy to perform the enzyme immobilization process in large quantities.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치가 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 효고 고정 장치의 동작 방법이 설명된다. Above, the enzyme immobilization apparatus according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, an operating method of the Hyogo fixing device according to an embodiment of the present invention will be described.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 동작 방법을 설명하는 순서도이다. 13 is a flowchart illustrating an operation method of an enzyme immobilization apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 동작 방법은, 효소 고정 장치 준비 단계(S100), 베이스 전극에 베이스 소스를 제공하는 단계(S200), 및 효소 고정 단계(S300)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명된다. Referring to FIG. 13 , the method of operation of the enzyme immobilization device according to the embodiment includes an enzyme immobilization device preparation step (S100), a step of providing a base source to the base electrode (S200), and an enzyme immobilization step (S300) can do. Hereinafter, each step will be described in detail.

상기 S100 단계에서는, 베이스 바디, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하는 효소 고정 장치가 준비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 효소 고정 장치는, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명된, 상기 실시 예에 따른 효소 고정 장치와 같을 수 있다. 이에 따라, 구체적인 설명은 생략된다. In the step S100, an enzyme immobilization device including a base body, a first electrode, and a second electrode may be prepared. According to one embodiment, the enzyme immobilization device, described with reference to FIGS. 1 to 9, may be the same as the enzyme immobilization device according to the embodiment. Accordingly, a detailed description is omitted.

상기 S200 단계에서는, 상기 베이스 전극에 베이스 소스가 제공될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 소스는 쌍극자 모멘트를 갖는 효소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 효소는 Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, 또는 Glucose dehydrogenase 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상술된 바와 같이, 상기 베이스 전극은 인쇄 전극으로 이루어짐에 따라, 상기 베이스 소스는 drop 형식으로 제공될 수 있다. In step S200, a base source may be provided to the base electrode. According to an embodiment, the base source may include an enzyme having a dipole moment. For example, the enzyme may include any one of Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, and Glucose dehydrogenase. As described above, as the base electrode is formed of a printed electrode, the base source may be provided in a drop form.

상기 S300 단계에서는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 상기 인쇄 전극의 길이 방향과 평행한 상기 제1 방향으로 전기장을 형성하여, 상기 베이스 전극에 상기 효소를 고정시킬 수 있다. 이 경우, 상기 효소의 쌍극자 모멘트가 상기 제1 방향과 같도록 상기 효소가 회전됨에 따라, 상기 효소의 활성화 자리(active site) 또한 회전될 수 있다. 이로 인해, 상기 효소의 활성화 자리가 상기 베이스 전극과 인접하도록, 상기 효소가 상기 베이스 전극에 고정될 수 있다. In step S300, an electric field may be formed between the first electrode and the second electrode in the first direction parallel to the longitudinal direction of the printed electrode, thereby fixing the enzyme to the base electrode. In this case, as the enzyme rotates so that the dipole moment of the enzyme is the same as the first direction, the active site of the enzyme may also be rotated. Due to this, the enzyme may be fixed to the base electrode so that the activation site of the enzyme is adjacent to the base electrode.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 동작 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 효소 고정 장치의 구체적인 실험 예 및 특성 평가 결과가 설명된다. Above, the operating method of the enzyme immobilization device according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, specific experimental examples and characteristic evaluation results of the enzyme immobilization apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.

실험 예 1에 따른 효소 구조체 제조Preparation of enzyme construct according to Experimental Example 1

효소가 제공된 그래핀 기판이 준비된다. 이후, 0.5V의 전압으로 생성된 전기장을 인가하여, 그래핀 기판 상에 효소를 고정시켰다. 이에 따라, 실험 예 1에 따른 효소 구조체가 제조되었다. A graphene substrate provided with an enzyme is prepared. Then, an electric field generated at a voltage of 0.5 V was applied to immobilize the enzyme on the graphene substrate. Accordingly, the enzyme construct according to Experimental Example 1 was prepared.

실험 예 2에 따른 효소 구조체 제조Preparation of enzyme construct according to Experimental Example 2

효소가 제공된 그래핀 기판이 준비된다. 이후, 1.0V의 전압으로 생성된 전기장을 인가하여, 그래핀 기판 상에 효소를 고정시켰다. 이에 따라, 실험 예 2에 따른 효소 구조체가 제조되었다. A graphene substrate provided with an enzyme is prepared. Then, an electric field generated at a voltage of 1.0 V was applied to immobilize the enzyme on the graphene substrate. Accordingly, the enzyme construct according to Experimental Example 2 was prepared.

실험 예 3에 따른 효소 구조체 제조Preparation of enzyme construct according to Experimental Example 3

효소가 제공된 그래핀 기판이 준비된다. 이후, 1.5V의 전압으로 생성된 전기장을 인가하여, 그래핀 기판 상에 효소를 고정시켰다. 이에 따라, 실험 예 3에 따른 효소 구조체가 제조되었다. A graphene substrate provided with an enzyme is prepared. Thereafter, an electric field generated at a voltage of 1.5 V was applied to immobilize the enzyme on the graphene substrate. Accordingly, the enzyme construct according to Experimental Example 3 was prepared.

실험 예 4에 따른 효소 구조체 제조Preparation of enzyme construct according to Experimental Example 4

효소가 제공된 그래핀 기판이 준비된다. 이후, 2.0V의 전압으로 생성된 전기장을 인가하여, 그래핀 기판 상에 효소를 고정시켰다. 이에 따라, 실험 예 4에 따른 효소 구조체가 제조되었다. A graphene substrate provided with an enzyme is prepared. Then, an electric field generated at a voltage of 2.0 V was applied to immobilize the enzyme on the graphene substrate. Accordingly, the enzyme construct according to Experimental Example 4 was prepared.

실험 예 5에 따른 효소 구조체 제조Preparation of enzyme construct according to Experimental Example 5

효소가 제공된 그래핀 기판이 준비된다. 이후, 1.0mV의 전압으로 생성된 전기장을 인가하여, 그래핀 기판 상에 효소를 고정시켰다. 이에 따라, 실험 예 4에 따른 효소 구조체가 제조되었다. A graphene substrate provided with an enzyme is prepared. Then, an electric field generated at a voltage of 1.0 mV was applied to immobilize the enzyme on the graphene substrate. Accordingly, the enzyme construct according to Experimental Example 4 was prepared.

비교 예에 따른 효소 구조체 제조Preparation of an enzyme construct according to a comparative example

그래핀 기판 상에 효소를 제공한 후, 전기장의 인가 없이 효소를 고정시켰다. After providing the enzyme on the graphene substrate, the enzyme was immobilized without the application of an electric field.

상술된 실시 예 1 내지 실시 예 4 및 비교 예에 따른 효소 구조체의 제조 과정에서 전기장 생성에 사용된 전압의 크기가 아래의 <표 1>을 통해 정리된다. The magnitude of the voltage used to generate the electric field in the manufacturing process of the enzyme constructs according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples described above is summarized in <Table 1> below.

구분division 전압 Voltage 실시 예 1Example 1 0.5 V0.5 V 실시 예 2Example 2 1.0 V1.0 V 실시 예 3Example 3 1.5 V1.5 V 실시 예 4Example 4 2.0 V2.0 V 실시 예 5Example 5 1 mV1 mV 비교 예comparative example --

도 14는 본 발명의 실시 예 5 및 비교 예에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 쌍극자 모멘트와 전기장의 각도를 나타내는 그래프이다. 14 is a graph showing the dipole moment and the angle of the electric field of the enzyme included in the enzyme construct according to Example 5 and Comparative Example of the present invention.

도 14를 참조하면, 상기 실시 예 5(1mV) 및 비교 예(w/o EF)에 따른 효소 구조체 포함하는 효소를 준비한 후, 각각에 대해 쌍극자 모멘트와 전기장의 각도를 측정하여 나타내었다. 도 14에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 5에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 경우, 회전이 용이하게 이루어진 것을 확인할 수 있었다. Referring to FIG. 14 , after preparing an enzyme comprising an enzyme construct according to Example 5 (1 mV) and Comparative Example (w/o EF), the dipole moment and the angle of the electric field were measured for each. As can be seen in FIG. 14 , in the case of the enzyme included in the enzyme construct according to Example 5, it was confirmed that rotation was made easily.

도 15는 본 발명의 실시 예 5 및 비교 예에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 수소 결합 개수를 나타내는 그래프이다. 15 is a graph showing the number of hydrogen bonds of enzymes included in the enzyme constructs according to Example 5 and Comparative Examples of the present invention.

도 15를 참조하면, 상기 실시 예 5(1mV) 및 비교 예(w/o EF)에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소를 준비한 후, 각각에 대해 효소 고정 시간에 따른 수소 결합 개수 변화를 측정하여 나타내었다. 도 15에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 5(1mV)에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소는, 효소 고정 시간이 지남에도 불구하고, 수소 결합 개수가 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 15, after preparing the enzymes included in the enzyme constructs according to Example 5 (1mV) and Comparative Example (w / o EF), the change in the number of hydrogen bonds according to the enzyme fixation time for each was measured and shown it was As can be seen in FIG. 15 , in the enzyme included in the enzyme construct according to Example 5 (1 mV), it was confirmed that the number of hydrogen bonds was maintained substantially constant despite the elapse of the enzyme fixation time.

도 16은 본 발명의 실시 예에 5 및 비교 예에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 평균 제곱근 편차(root mean square dEFiation, RMSD)를 나타내는 그래프이다. 16 is a graph showing the root mean square dEFiation (RMSD) of enzymes included in the enzyme constructs according to Examples 5 and Comparative Examples of the present invention.

도 16을 참조하면, 상기 실시 예 5(1mV) 및 비교 예(w/o EF)에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소를 준비한 후, 각각에 대해 효소 고정 시간에 따른 평균 제곱근 편차를 측정하여 나타내었다. 도 16에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 5에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소와 상기 비교 예에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 평균 제곱근 편차 변화가 비슷하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.Referring to FIG. 16, after preparing the enzymes included in the enzyme constructs according to Example 5 (1mV) and Comparative Example (w/o EF), the root mean square deviation according to the enzyme fixation time was measured for each. . As can be seen in FIG. 16 , it was confirmed that the change in root mean square deviation of the enzyme included in the enzyme construct according to Example 5 and the enzyme included in the enzyme construct according to the comparative example were similar.

도 14 내지 도 16에서 확인할 수 있듯이, 1 mV의 전압으로 생성된 전기장 인가를 통해 효소가 고정되는 경우, 효소의 구조가 유지되면서 그래핀 전극 상에 효과적으로 고정된 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIGS. 14 to 16 , when the enzyme was immobilized through the application of an electric field generated at a voltage of 1 mV, it was confirmed that the enzyme was effectively immobilized on the graphene electrode while maintaining the structure of the enzyme.

도 17은 본 발명의 실시 예 1 내지 실시 예 4에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 평균 제곱근 편차(root mean square dEFiation, RMSD)를 나타내는 그래프이다. 17 is a graph showing the root mean square dEFiation (RMSD) of enzymes included in the enzyme constructs according to Examples 1 to 4 of the present invention.

도 17을 참조하면, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 4(0.5V, 1.0V, 1.5V, 2.0V)에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소를 준비한 후, 각각에 대해 효소 고정 시간에 따른 평균 제곱근 편차를 측정하여 나타내었다.Referring to FIG. 17 , after preparing the enzymes included in the enzyme constructs according to Examples 1 to 4 (0.5V, 1.0V, 1.5V, 2.0V), the root mean square deviation according to the enzyme fixation time for each was measured and shown.

도 17에서 확인할 수 있듯이, 상기 실시 예 1 내지 실시 예 3(0.5V, 1.0V, 1.5V)에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 경우, 효소 고정 시간이 지남에도 불구하고 평균 제곱근 편차가 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 실시 예 4(2.0V)에 따른 효소 구조체가 포함하는 효소의 경우, 시간이 지남에 따라, 평균 제곱근 편차가 현저하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. As can be seen in FIG. 17 , in the case of the enzymes included in the enzyme constructs according to Examples 1 to 3 (0.5V, 1.0V, 1.5V), the root mean square deviation was substantially It was confirmed that it remained constant. On the other hand, in the case of the enzyme included in the enzyme construct according to Example 4 (2.0V), over time, it was confirmed that the root mean square deviation significantly increased.

결과적으로, 효소의 구조를 유지한 상태로 그래핀 기판 상에 고정시키기 위해서는, 전기장을 생성하는 전압의 크기가 1.5V 이하로 제어되어야 하는 것을 알 수 있었다. As a result, it was found that in order to fix the enzyme on the graphene substrate while maintaining the structure, the magnitude of the voltage generating the electric field should be controlled to 1.5V or less.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although the present invention has been described in detail using preferred embodiments, the scope of the present invention is not limited to specific embodiments and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art will understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 베이스 바디
110: 인쇄 전극
112: 베이스 전극
200: 제1 결합 바디
210: 제1 전극
300: 제2 결합 바디
310: 제2 전극100: base body
110: printed electrode
112: base electrode
200: first coupling body
210: first electrode
300: second coupling body
310: second electrode

Claims (10)

베이스 플레이트, 및 상기 베이스 플레이트 상에 배치되는 복수의 효소 고정 장치를 포함하는 효소 고정 플랫폼에 있어서,
상기 효소 고정 장치는,
워킹 전극(working electrode), 상대 전극(counter electrode), 및 기준 전극(reference electrode)을 포함하는 인쇄 전극; 및
상기 인쇄 전극을 사이에 두고 서로 이격되도록 배치되는 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고,
상기 워킹 전극에 효소(enzyme)를 포함하는 베이스 소스가 제공되되,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 전압이 인가되는 경우, 상기 인쇄 전극의 길이 방향과 평행한 제1 방향으로 전기장(electric field)가 형성되고,
상기 효소의 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 상기 제1 방향과 같도록 상기 효소가 회전되어, 상기 효소의 활성화 자리(active site)가 상기 워킹 전극과 인접하게 배치되도록 상기 효소가 상기 베이스 전극에 고정되는 것을 포함하는 효소 고정 플랫폼.
An enzyme immobilization platform comprising a base plate and a plurality of enzyme immobilization devices disposed on the base plate,
The enzyme immobilization device,
a printed electrode comprising a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode; and
A first electrode and a second electrode disposed to be spaced apart from each other with the printed electrode interposed therebetween,
A base source comprising an enzyme (enzyme) is provided on the working electrode,
When a voltage is applied to the first electrode and the second electrode, an electric field is formed in a first direction parallel to the longitudinal direction of the printed electrode,
The enzyme is rotated so that the dipole moment of the enzyme is the same as the first direction, so that the enzyme is fixed to the base electrode so that the active site of the enzyme is disposed adjacent to the working electrode Enzyme immobilization platform comprising
 제1 항에 있어서,
상기 효소 고정 장치는,
상기 인쇄 전극이 배치되는 베이스 바디;
상기 제1 전극을 포함하고, 상기 베이스 바디의 상단에 결합되는 제1 결합 바디; 및
상기 제2 전극을 포함하고, 상기 베이스 바디의 하단에 결합되는 제2 결합 바디를 포함하는 효소 고정 플랫폼.
According to claim 1,
The enzyme immobilization device,
a base body on which the printed electrodes are disposed;
a first coupling body including the first electrode and coupled to an upper end of the base body; and
Enzyme immobilization platform including the second electrode, and a second binding body coupled to the lower end of the base body.
 제2 항에 있어서,
상기 베이스 바디의 내부에는 상기 베이스 바디의 길이 방향을 관통하도록 수용 홈(groove)이 형성되고,
상기 수용 홈 내에 상기 인쇄 전극이 배치되는 것을 포함하는 효소 고정 플랫폼.
3. The method of claim 2,
A receiving groove is formed inside the base body to pass through the longitudinal direction of the base body,
Enzyme immobilization platform comprising disposing the printed electrode in the receiving groove.
 제2 항에 있어서,
상기 제1 결합 바디는 상기 제1 전극을 사이에 두고 이격되도록 배치되는 제1 결합 볼트 및 제2 결합 볼트를 포함하되, 상기 제1 결합 볼트 및 제2 결합 볼트를 통해 상기 제1 결합 바디와 상기 베이스 바디가 결합되고,
상기 제2 결합 바디는 상기 제2 전극을 사이에 두고 이격되도록 배치되는 제3 결합 볼트 및 제4 결합 볼트를 포함하되, 상기 제3 결합 볼트 및 제4 결합 볼트를 통해 상기 제2 결합 바디와 상기 베이스 바디가 결합되는 것을 포함하는 효소 고정 플랫폼.
3. The method of claim 2,
The first coupling body includes a first coupling bolt and a second coupling bolt disposed to be spaced apart with the first electrode therebetween, and the first coupling body and the first coupling body through the first coupling bolt and the second coupling bolt. The base body is combined,
The second coupling body includes a third coupling bolt and a fourth coupling bolt disposed to be spaced apart with the second electrode therebetween, and the second coupling body and the second coupling body through the third coupling bolt and the fourth coupling bolt. An enzyme immobilization platform comprising a base body coupled thereto.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은, Ag/AgCl disc 전극을 포함하는 효소 고정 플랫폼.
According to claim 1,
The first electrode and the second electrode, the enzyme immobilization platform comprising an Ag/AgCl disc electrode.
 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극에 상대적으로 높은 전압(+)이 인가되고, 상기 제2 전극에 상대적으로 낮은 전압(-)이 인가되는 경우,
상기 제1 전극에서 상기 제2 전극 방향으로 상기 전기장이 형성되는 것을 포함하는 효소 고정 플랫폼.
According to claim 1,
When a relatively high voltage (+) is applied to the first electrode and a relatively low voltage (-) is applied to the second electrode,
Enzyme immobilization platform comprising the formation of the electric field in the direction from the first electrode to the second electrode.
 제1 항에 있어서,
상기 효소는, 쌍극자 모멘트의 방향과 활성화 자리의 방향이 직각을 이루는 것을 포함하는 효소 고정 플랫폼.
According to claim 1,
The enzyme is an enzyme immobilization platform comprising the direction of the dipole moment and the direction of the activation site forming a right angle.
 제1 항에 있어서,
상기 복수의 효소 고정 장치들은 병렬적(parallel)으로 배치되는 것을 포함하는 효소 고정 플랫폼.
According to claim 1,
The enzyme immobilization platform comprising the plurality of enzyme immobilization devices arranged in parallel (parallel).
 제1 방향으로 연장되고, 워킹 전극(working electrode), 상대 전극(counter electrode), 및 기준 전극(reference electrode)을 포함하는 인쇄 전극을 준비하는 단계;
상기 인쇄 전극의 상기 워킹 전극에 효소(enzyme)를 포함하는 베이스 소스를 제공하는 단계; 및
상기 인쇄 전극 상에 상기 제1 방향과 평행한 방향으로 전기장(electric field)을 형성하여, 상기 효소의 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 상기 제1 방향과 같도록 상기 효소를 회전시켜, 상기 효소의 활성화 자리(active site)가 상기 워킹 전극과 인접하게 배치되도록 상기 효소를 상기 워킹 전극에 고정하는 단계를 포함하는 효소 고정 방법.
preparing a printed electrode extending in a first direction and including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode;
providing a base source comprising an enzyme to the working electrode of the printed electrode; and
An electric field is formed on the printed electrode in a direction parallel to the first direction to rotate the enzyme so that a dipole moment of the enzyme is the same as the first direction, thereby activating the enzyme An enzyme immobilization method comprising the step of fixing the enzyme to the working electrode so that an active site is disposed adjacent to the working electrode.
 제9 항에 있어서,
상기 효소는 Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, 또는 Glucose dehydrogenase 중 어느 하나를 포함하는 효소 고정 방법. 10. The method of claim 9,
The enzyme is an enzyme immobilization method comprising any one of Laccase, Bilirubin oxidase, Glucose oxidase, or Glucose dehydrogenase.
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