KR20230017045A - Detecting method for hazardous substance and sensor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 유해 물질의 검출 방법 및 이를 이용한 센서에 관한 것이다.The present application relates to a method for detecting harmful substances and a sensor using the same.
비색 센서는 색상 변화를 통해 습도, 산도, 특정 화학물질의 농도 등의 정보를 밝힐 수 있는 센서를 의미한다. 이러한 비색 센서는 특정 물질의 농도를 구체적인 수치로서 파악할 수는 없으나 특정 물질의 대략적인 농도를 추정할 수 있기 때문에, 미량으로도 인체나 환경 등에 유해한 유해 물질의 농도를 확인할 때 유용하다.A colorimetric sensor refers to a sensor that can reveal information such as humidity, acidity, and concentration of a specific chemical through color change. Such a colorimetric sensor cannot determine the concentration of a specific substance as a specific numerical value, but since it can estimate the approximate concentration of a specific substance, it is useful when determining the concentration of a harmful substance harmful to the human body or the environment even in a small amount.
예를 들어, 알칼리 포스파타제(ALP)는 핵산, 단백질 및 생체 분자의 탈인산화를 촉진시키는 효소로서, 유방암, 골감소증, 전립선 암, 뼈 질환, 및 간담도 질환 등의 질병과 관련한 바이오 마커이다. 이러한 알칼리 포스파타제의 농도를 대략적으로 추정하기 위해 아스코르브산 기반의 비색 센서가 개발되었으나, 아스코르브산의 농도는 환자의 영양 상태에 달라질 수 있어 일관적이지 못한 단점이 있다.For example, alkaline phosphatase (ALP) is an enzyme that promotes dephosphorylation of nucleic acids, proteins, and biomolecules, and is a biomarker associated with diseases such as breast cancer, osteopenia, prostate cancer, bone disease, and hepatobiliary disease. An ascorbic acid-based colorimetric sensor has been developed to roughly estimate the concentration of alkaline phosphatase, but the concentration of ascorbic acid can vary depending on the patient's nutritional status, which has the disadvantage of being inconsistent.
또한 예를 들어, 산업 현장에서 사용되는 아닐린은 생체 내에서 아미노페놀로 변화되는데, 상기 아미노페놀은 독성을 가져 기형을 유발하는 유해 물질로 알려져있다. 이러한 아미노페놀은 염료, 고무, 석유 첨가제 등뿐만 아니라, 아세트아미노펜 등의 진통성 약물의 중간 화합물이기 때문에, 흡입을 최소화할 필요가 있다. 아미노페놀의 농도를 측정하기 위해, 형광성 란타나이드-기능화 된 금속-유기 프로브의 담금질 현상을 기반으로 한 아미노페놀 분석용 형광 측정 센서가 개발되었으나, 형광 및 소광 기술을 응용한 체액 및 의약품 분석에서 아미노페놀의 농도를 정량적으로 측정 할 수 있을 만큼 민감하지 않고, 검출 한계는 45.5 μM로 높으며, 형광 물질의 자가 소광이 필요한 등의 단점이 있다.Also, for example, aniline used in industrial fields is changed into aminophenol in vivo, and the aminophenol is known as a harmful substance that causes teratogenicity due to toxicity. Since these aminophenols are intermediate compounds of dyes, rubber, petroleum additives, and the like, as well as analgesic drugs such as acetaminophen, it is necessary to minimize inhalation. In order to measure the concentration of aminophenol, a fluorescence measurement sensor for aminophenol analysis based on the quenching phenomenon of a fluorescent lanthanide-functionalized metal-organic probe has been developed, but amino It is not sensitive enough to quantitatively measure the concentration of phenol, has a high detection limit of 45.5 µM, and requires self-quenching of the fluorescent material.
이러한 문제를 극복하기 위해, 본원은 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템을 제공한다.To overcome this problem, the present disclosure provides a colorimetric sensor system for detecting aminophenols.
본원의 배경이 되는 기술인 논문 (Lin T, Li Z, Song Z, Chen H, Guo L, Fu F, Wu Z. Visual and colorimetric detection of p-aminophenol in environmental water and human urine samples based on anisotropic growth of Ag nanoshells on Au nanorods. Talanta. 2016;148:62-8. doi: 10.1016/j.talanta.2015.10.056. Epub 2015 Oct 23. PMID: 26653424.)은 금 나노 로드 상에 형성된 Ag 나노 쉘을 통해 아미노페놀을 비색 센싱하는 방법을 개시하고 있다.Paper (Lin T, Li Z, Song Z, Chen H, Guo L, Fu F, Wu Z. Visual and colorimetric detection of p-aminophenol in environmental water and human urine samples based on anisotropic growth of Ag nanoshells on Au nanorods. Talanta. 2016;148:62-8. doi: 10.1016/j.talanta.2015.10.056. Epub 2015 Oct 23. PMID: 26653424.) is an amino acid through Ag nanoshells formed on gold nanorods. A method for colorimetric sensing of phenol is disclosed.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간편하게 유해 물질의 농도를 측정할 수 있는 비색 센서 시스템 및 이를 이용한 유해 물질의 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a colorimetric sensor system that can easily measure the concentration of harmful substances and a method for detecting harmful substances using the same.
또한, 본원은 상기 비색 센서 시스템을 포함하는 비색 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present application is to provide a colorimetric sensor including the colorimetric sensor system.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the embodiments of the present application is not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 금속 이온, 및 계면활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하고, 상기 금속 이온이 유해 물질에 의해 상기 금속 나노 입자로 환원되며, 상기 유해 물질의 양에 따라 상기 금속 이온의 환원되는 양이 조절되어 색이 변환되는 것인, 비색 센서 시스템에 대한 것이다.As a technical means for achieving the above technical problem, a first aspect of the present disclosure includes metal nanoparticles to which a metal ion and a surfactant are bound, and the metal ion is reduced to the metal nanoparticle by a harmful substance, It relates to a colorimetric sensor system in which the color is converted by adjusting the reduced amount of the metal ion according to the amount of the harmful substance.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은, 상기 금속 나노 입자의 농도 또는 크기에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the colorimetric sensor system may change color according to the concentration or size of the metal nanoparticles, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀(aminophenol)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the harmful substance may include aminophenol (aminophenol), but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 아미노페놀 포스페이트(aminophenol phosphate)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the colorimetric sensor system may further include aminophenol phosphate, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 상기 아미노페놀 포스페이트가 알칼리 포스파타제(ALP)에 의해 환원됨으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the aminophenol may be formed by reducing the aminophenol phosphate by alkaline phosphatase (ALP), but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 계면 활성제는 제미니 계면활성제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the surfactant may include a gemini surfactant, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 각각 독립적으로 Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal ions and the metal nanoparticles are each independently composed of Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, and combinations thereof. It may include a metal selected from the group consisting of, but is not limited thereto.
본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서 시스템을 사용한 유해 물질의 검출 방법에 대한 것으로서, 금속 이온, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성하는 단계, 상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하는 단계, 및 상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하는 단계를 포함하는, 유해 물질의 검출 방법을 제공한다.A second aspect of the present application relates to a method for detecting harmful substances using the colorimetric sensor system according to the first aspect, by mixing metal ions, a surfactant, and a reducing agent to obtain metal ions, metal nanoparticles, and the metal nanoparticles. Forming a colorimetric sensor system including a surfactant formed on the surface of the colorimetric sensor, mixing the colorimetric sensor system and a toxic substance, and reducing the metal ion to the metal nanoparticle by the toxic substance, It provides a method for detecting harmful substances, including the step of changing the color of the system.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the harmful substance may include aminophenol, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템의 색을 통해, 상기 유해 물질의 농도를 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the harmful substance may be measured through the color of the colorimetric sensor system, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질의 농도는 0 μM 초과 100 μM 이하 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the harmful substance may be greater than 0 μM and less than or equal to 100 μM, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 단계, 및 상기 알칼리 포스파타제에 의해 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 변환되는 단계를 포함하는 단계에 의해 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the aminophenol may be formed by mixing alkaline phosphatase and aminophenol phosphate, and converting the aminophenol phosphate into aminophenol by the alkaline phosphatase. However, it is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the colorimetric sensor system may change color according to the concentration of the alkaline phosphatase, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 상기 아미노페놀의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the aminophenol may increase according to the concentration of the alkaline phosphatase, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀의 농도에 따라 상기 금속 나노 입자의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the metal nanoparticles may increase according to the concentration of the aminophenol, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도는 0 U/L 초과 300 U/L 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the alkaline phosphatase may be greater than 0 U/L and less than or equal to 300 U/L, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 환원제는 NaBH4, H2O2, 탄닌산(tannic acid), NaOH, KOH, N2H4, Na2HPO4, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium), LiBH4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the reducing agent is NaBH 4 , H 2 O 2 , tannic acid, NaOH, KOH, N 2 H 4 , Na 2 HPO 4 , dimethylformamide, tetrabutylammonium ( tetrabutyl ammonium), LiBH 4 , and those selected from the group consisting of combinations thereof, but are not limited thereto.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서 시스템을 포함하는, 비색 센서를 제공한다.A third aspect of the present application provides a colorimetric sensor including the colorimetric sensor system according to the first aspect.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary and should not be construed as intended to limit the present disclosure. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description of the invention.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 비색 센서 시스템은, 아미노페놀(p-AP) 또는 알칼리 포스파타제(ALP)와 같은 유해 물질을 검출하기 위한 것으로서, 상기 유해 물질에 대해 선택적으로 반응하고 민감한 비색 센서 시스템을 제공할 수 있다.According to the problem solving means of the present application described above, the colorimetric sensor system according to the present application is for detecting harmful substances such as aminophenol (p-AP) or alkaline phosphatase (ALP), and selectively reacts to the harmful substances A sensitive colorimetric sensor system can be provided.
구체적으로, 근로자는 호흡을 통해 다양한 산업 현장에서 사용되는 아닐린을 흡수할 수 있다. 상기 아닐린의 약 15% 내지 약 60% 는 체내에서 아미노페놀로 산화되고, 상기 산화된 아미노페놀의 농도를 측정함으로써, 근로자가 아닐린에 노출되는 정도를 파악할 수 있고, 이를 통해 근로자가 독성이 강한 아닐린을 흡수하지 않도록 방책을 마련할 수 있다.Specifically, workers can absorb aniline used in various industrial sites through breathing. About 15% to about 60% of the aniline is oxidized to aminophenol in the body, and by measuring the concentration of the oxidized aminophenol, the degree of exposure of the worker to aniline can be determined, and through this, the worker is exposed to highly toxic aniline Measures can be put in place to prevent absorption.
또한, 상기 아미노페놀은 아세트아미노펜 또는 파라세타몰 약물을 제조할 때 중간체로서 형성될 수 있으나, 상기 아미노페놀이 50 ppm 이상으로 체내에 축적되면 위험할 수 있다. 따라서, 본원에 따른 비색 센서 시스템을 통해 파라세타몰 약물을 제조할 때 아미노페놀의 발생 정도를 파악할 수 있다.In addition, the aminophenol may be formed as an intermediate when preparing acetaminophen or paracetamol drugs, but it may be dangerous if the aminophenol accumulates in the body at 50 ppm or more. Therefore, the generation level of aminophenol can be grasped when preparing a paracetamol drug through the colorimetric sensor system according to the present disclosure.
또한, 상기 알칼리 포스파타제는 유방암, 골 종양 등의 바이오 마커로서, 본원에 따른 비색 센서 시스템은 샘플 내의 알칼리 포스파타제의 농도를 측정할 수 있고, 다른 마커를 분석하기 위한 ELISA 시스템에서도 응용될 수 있다.In addition, the alkaline phosphatase is a biomarker of breast cancer, bone tumor, etc., and the colorimetric sensor system according to the present disclosure can measure the concentration of alkaline phosphatase in a sample and can also be applied to an ELISA system for analyzing other markers.
또한, 본원에 따른 비색 센서 시스템은, 기본적으로 포스파타아제를 포함하고 있는 다른 화합물 protein tyrosine phosphatase (PTP)등의 검출에 사용될 수 있다.In addition, the colorimetric sensor system according to the present application can be used to detect other compounds, such as protein tyrosine phosphatase (PTP), which basically contain phosphatase.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the effects described above, and other effects may exist.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 유해 물질의 검출 방법의 순서도이다.
도 4 은 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 6 의 (a) 및 도 6 의 (b) 는 각각 본원의 일 비교예에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이다.
도 7 의 (a) 및 도 7 의 (b) 는 각각 본원의 일 비교예에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이다.
도 8의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 TEM 이미지이고, 도 8 의 (b) 는 상기 비색 센서 시스템에 유해 물질을 첨가했을 때의 TEM 이미지이다.
도 9 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다.
도 10 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다.
도 11 은 본원의 실시예에 따른 비색 센서 시스템에 대한 그래프이다.
도 12 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 유해 물질 선택성을 나타내는 그래프 및 사진이다.
도 13 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 유해 물질 선택성을 나타내는 그래프 및 사진이다.
도 14 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이다.
도 15 의 (a) 는 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 는 알칼리 포스파타제의 농도에 대한 흡광도 변화를 선형으로 표현한 것이다.1 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
2 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present disclosure.
3 is a flowchart of a method for detecting harmful substances according to an embodiment of the present disclosure.
4 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present disclosure.
6(a) and 6(b) are SEM images and UV-vis spectrums of a colorimetric sensor system according to a comparative example of the present application, respectively.
7(a) and 7(b) are SEM images and UV-vis spectrums of a colorimetric sensor system according to a comparative example of the present application, respectively.
8(a) is a TEM image of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application, and FIG. 8(b) is a TEM image when a harmful substance is added to the colorimetric sensor system.
Figure 9 (a) is a UV-vis spectrum of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application, (b) and (c) are graphs of the concentration and absorbance of harmful substances at a specific wavelength, respectively, (d ) is a photograph showing the color change of the colorimetric sensor system according to the concentration of harmful substances.
Figure 10 (a) is a UV-vis spectrum of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application, (b) and (c) are graphs of the concentration and absorbance of harmful substances at specific wavelengths, respectively, (d ) is a photograph showing the color change of the colorimetric sensor system according to the concentration of harmful substances.
11 is a graph of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application.
12 is a graph and a photograph showing selectivity of harmful substances of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present disclosure.
13 (a) and (b) are graphs and photographs showing selectivity of harmful substances of the colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application.
14 (a) and (b) are UV-vis spectra of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application.
(a) of FIG. 15 is a UV-vis spectrum of the colorimetric sensor system according to Example 2, and (b) is a linear representation of the change in absorbance with respect to the concentration of alkaline phosphatase.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice with reference to the accompanying drawings.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.However, the present disclosure may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly describe the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다 Throughout the present specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only the case of being “directly connected” but also the case of being “electrically connected” with another element interposed therebetween. do
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a member is referred to as being “on,” “above,” “on top of,” “below,” “below,” or “below” another member, this means that a member is located in relation to another member. This includes not only the case of contact but also the case of another member between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the present specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다. As used herein, the terms "about," "substantially," and the like are used at or approximating that number when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are intended to assist in the understanding of this disclosure. Accurate or absolute figures are used to prevent undue exploitation by unscrupulous infringers of the stated disclosure. In addition, throughout the present specification, “steps of” or “steps of” do not mean “steps for”.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout the present specification, the term "combination thereof" included in the expression of the Markush form means one or more mixtures or combinations selected from the group consisting of the components described in the expression of the Markush form, and the components It means including one or more selected from the group consisting of.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.Throughout this specification, reference to "A and/or B" means "A or B, or A and B".
이하에서는 본원의 유해 물질의 검출 방법 및 이를 이용한 센서에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a method for detecting harmful substances and a sensor using the same will be described in detail with reference to embodiments, examples, and drawings. However, the present application is not limited to these embodiments and examples and drawings.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 금속 이온, 및 계면활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하고, 상기 금속 이온이 유해 물질에 의해 상기 금속 나노 입자로 환원되며, 상기 유해 물질의 양에 따라 상기 금속 이온의 환원되는 양이 조절되어 색이 변환되는 것인, 비색 센서 시스템에 대한 것이다.As a technical means for achieving the above technical problem, a first aspect of the present disclosure includes metal nanoparticles to which a metal ion and a surfactant are bound, and the metal ion is reduced to the metal nanoparticle by a harmful substance, It relates to a colorimetric sensor system in which the color is converted by adjusting the reduced amount of the metal ion according to the amount of the harmful substance.
본원에 따른 비색 센서(colorimetric sensor)는, 특정 물질에 반응하면 색이 변화하는 물질을 사용한 센서로서, 물질의 양이 매우 적더라도 특정 물질을 검출할 수 있어 유해 물질 등을 검출하기 위해 유용하게 사용될 수 있다.A colorimetric sensor according to the present invention is a sensor using a substance that changes color when reacting to a specific substance, and can be usefully used to detect harmful substances because it can detect a specific substance even if the amount of the substance is very small. can
도 1 및 2 는 본원의 일 구현예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다. 후술하겠지만, 도 1 은 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템의 모식도이고, 도 2 는 알칼리 포스파타제를 검출하기 위한 비색 센서 시스템의 모식도이다.1 and 2 are schematic diagrams of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application. As will be described later, FIG. 1 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system for detecting aminophenol, and FIG. 2 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system for detecting alkaline phosphatase.
상기 금속 이온, 및 계면 활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하는 시스템에, 유해 물질을 첨가하면, 상기 금속 이온이 상기 유해 물질에 의해 환원될 수 있다. 이 때, 상기 환원된 금속 이온은 상기 시스템에 유해 물질이 첨가되기 전에 이미 존재하는 금속 나노 입자의 표면과 결합하거나, 또는 새로운 금속 나노 입자를 형성하기 때문에, 상기 시스템에서 금속 나노 입자의 농도 또는 크기가 증가하고, 이에 따라 상기 시스템이 가시광선과 반응하는 정도가 변화되어 상기 시스템의 색이 변화될 수 있다.When a toxic substance is added to a system including metal nanoparticles in which the metal ion and a surfactant are bound, the metal ion may be reduced by the toxic substance. At this time, since the reduced metal ions combine with the surface of metal nanoparticles that already exist before the harmful substances are added to the system or form new metal nanoparticles, the concentration or size of metal nanoparticles in the system is increased, and accordingly, the degree of reaction of the system with visible light is changed, so that the color of the system may be changed.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은, 상기 금속 나노 입자의 농도 또는 크기에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 상기 금속 나노 입자의 형상에 따라서도 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화될 수 있다.According to one embodiment of the present application, the colorimetric sensor system may change color according to the concentration or size of the metal nanoparticles, but is not limited thereto. In this regard, the color of the colorimetric sensor system may be changed according to the shape of the metal nanoparticle.
상기 금속 나노 입자의 표면에서는 표면 플라스몬 공명(surface plasmon resonance)이 발생할 수 있기 때문에, 상기 금속 나노 입자의 농도, 크기, 및/또는 모양에 따라 빛의 반사가 조절되어 상기 시스템의 색이 변화될 수 있다.Since surface plasmon resonance can occur on the surface of the metal nanoparticles, the color of the system can be changed by controlling the reflection of light according to the concentration, size, and/or shape of the metal nanoparticles. can
구체적으로, 상기 금속 이온, 및 계면 활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하는 시스템에 유해 물질을 첨가하면, 금속 나노 입자의 농도, 크기, 및/또는 형상이 변화될 수 있다. 이 때, 상기 금속 나노 입자의 크기 변화는 대략 2 nm 내지 3 nm의 흡광도 변화를 유발하나, 상기 흡광도의 변화에 의해 육안으로 관찰될 수준으로 금속 나노 입자의 색이 변화하지는 않는다. Specifically, when a toxic substance is added to a system including metal nanoparticles in which the metal ions and surfactants are bound, the concentration, size, and/or shape of the metal nanoparticles may be changed. At this time, the change in size of the metal nanoparticle causes a change in absorbance of about 2 nm to 3 nm, but the change in absorbance does not change the color of the metal nanoparticle to a level that can be observed with the naked eye.
그러나, Ag 의 흡광대역은 400 nm대이고, 금의 흡광대역은 500 nm대임을 고려하고, 상기 금속 나노 입자 또는 금속 이온이 Au, Ag 등을 포함할 경우, 상기 금속 나노 입자는 구형 Au 나노 입자의 표면에 Ag 나노 입자가 코팅되어 큰 흡광도 변화를 유발할 수 있고, 이로 인해 금속 나노 입자의 색 변화를 육안 또는 흡광도 측정기를 통해 관측할 수 있다.However, considering that the absorption band of Ag is 400 nm and that of gold is 500 nm, and the metal nanoparticles or metal ions include Au, Ag, etc., the metal nanoparticles are spherical Au nanoparticles. Ag nanoparticles are coated on the surface to cause a large change in absorbance, and as a result, the color change of the metal nanoparticles can be observed with the naked eye or through an absorbance meter.
상기 금속 나노 입자는 나노 사이즈이기 때문에, 금속 나노 입자의 모양, 크기, 입자간 거리 등에 따라 나노 입자 표면의 전자의 진동(오실레이션)이 민감하게 변화하며, 이로 인해 상기 금속 나노 입자에 조사되는 빛의 굴절율이 변화한다. 상기 빛의 굴절율은 금속 나노 입자의 모양에 의해 변경될 수 있으며, 예를 들어 나노 바이피라미드 구조에서 구형 입자로 변화하는 과정에서 입자의 굴절율 변화, 즉 흡광도의 변화가 크게 일어남을 통해 색변화를 관찰할 수 있다.Since the metal nanoparticles are nano-sized, the vibration (oscillation) of electrons on the surface of the nanoparticles is sensitively changed according to the shape, size, distance between particles, etc. The refractive index of the changes. The refractive index of the light can be changed by the shape of the metal nanoparticles. For example, in the process of changing from a nano bipyramid structure to a spherical particle, a change in the refractive index of the particle, that is, a change in absorbance, occurs greatly, thereby observing a color change. can do.
본원의 일 구현예에 따르면, 유해 물질과 반응하지 않은 금속 나노 입자의 입자 크기는 1 nm 내지 10 nm 이고, 유해 물질과 반응한 금속 나노 입자의 크기는 20 nm 내지 40 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the particle size of metal nanoparticles that do not react with harmful substances may be 1 nm to 10 nm, and the size of metal nanoparticles that react with harmful substances may be 20 nm to 40 nm, but are limited thereto. it is not going to be
본원의 일 구현예에 따르면, 색이 변화된 비색 센서 시스템에서의 금속 나노 입자의 농도는 10 mM/L 내지 30 mM/L 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the metal nanoparticles in the colorimetric sensor system having a color change may be 10 mM/L to 30 mM/L, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀(aminophenol)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the harmful substance may include aminophenol (aminophenol), but is not limited thereto.
본원에 따른 아미노페놀은 하이드록실기(-OH) 및 아미노기(-NH2)가 결합된 벤젠고리로서, 아닐린이 체내에서 대사됨으로써 형성되거나, 아세트아미노펜을 형성하는 과정에서 중간물질로서 형성되거나, 또는 아미노페놀 포스페이트가 탈인화되어 형성된 것일 수 있다.Aminophenol according to the present application is a benzene ring in which a hydroxyl group (-OH) and an amino group (-NH2) are bonded, and is formed by metabolizing aniline in the body, formed as an intermediate in the process of forming acetaminophen, or amino It may be formed by dephosphorizing phenol phosphate.
상기 아미노페놀은 금속 이온을 환원시켜 금속 나노 입자의 성장을 유도할 수 있다.The aminophenol may induce growth of metal nanoparticles by reducing metal ions.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 아미노페놀 포스페이트(aminophenol phosphate)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the colorimetric sensor system may further include aminophenol phosphate, but is not limited thereto.
상기 비색 센서 시스템이 아미노페놀 포스페이트를 포함할 경우, 상기 유해 물질은 알칼리 포스파타제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.When the colorimetric sensor system includes aminophenol phosphate, the harmful substance may include alkaline phosphatase, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 상기 아미노페놀 포스페이트가 알칼리 포스파타제(ALP)에 의해 환원됨으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the aminophenol may be formed by reducing the aminophenol phosphate by alkaline phosphatase (ALP), but is not limited thereto.
상기 알칼리 포스파타제는 체내의 장기에 존재하는 효소로서, 혈액이나 타액 등에서 검출될 수 있다. 성인 인간 혈청의 정상 ALP 수준은 40-120 U/L 이며 임산부의 경우 태반 등에 의해 ALP 가 더 많이 측정될 수 있다. 이러한 아미노페놀 수치가 상기 범위를 벗어날 경우, 골모세포성 뼈종양, 담즙 폐쇄, 당뇨병, 일부 대사 장애, 윌슨병 등의 위험이 있을 수 있다.The alkaline phosphatase is an enzyme present in organs in the body and can be detected in blood or saliva. The normal ALP level in adult human serum is 40-120 U/L, and in pregnant women, higher levels of ALP can be measured by the placenta and the like. If these aminophenol levels are out of the above range, there may be a risk of osteoblastic bone tumor, biliary obstruction, diabetes, some metabolic disorders, Wilson's disease, and the like.
종래의 알칼리 포스파타제는 형광측정법, 라만 산란, 모세관 전기영동, 전기화학반응 등을 통해 검출되었으나, 계측 방법이 복잡하고, 오랜 시간이 소요되는 등의 단점이 있다. 이러한 점을 극복하기 위해 알칼리 포스파타제에 의해 아스코르브산으로 환원되는 아스코르브산 포스페이트를 통해 알칼리 포스파타제를 검출하는 방법이 고안되었으나, 아스코르브산은 환자의 영양 상태에 크게 의존하여 정량화가 어려운 단점이 있다.Conventional alkaline phosphatase has been detected through fluorescence measurement, Raman scattering, capillary electrophoresis, electrochemical reaction, etc., but has disadvantages such as complicated measurement method and time consuming. In order to overcome this problem, a method for detecting alkaline phosphatase through ascorbic acid phosphate reduced by alkaline phosphatase to ascorbic acid has been devised, but ascorbic acid is highly dependent on the patient's nutritional status, making it difficult to quantify.
본원에 따른 비색 센서 시스템은, 알칼리 포스파타제의 탈인화반응을 통해 상기 아미노페놀 포스페이트를 아미노페놀로 환원시키는 과정을 포함할 수 있으며, 상기 알칼리 포스파타제의 양에 따라 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 환원되는 속도 및 양이 조절되고, 상기 아미노페놀의 양에 따라 상기 시스템의 색이 변화한다.The colorimetric sensor system according to the present application may include a process of reducing the aminophenol phosphate to aminophenol through a dephosphorization reaction of alkaline phosphatase, and the aminophenol phosphate is reduced to aminophenol according to the amount of the alkaline phosphatase The rate and amount are controlled, and the color of the system changes according to the amount of the aminophenol.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템의 pH 는 7.5 내지 10.5 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 비색 센서 시스템의 pH 는 약 7.5 내지 약 10.5, 약 8.0 내지 약 10.5, 약 8.5 내지 약 10.5, 약 9.0 내지 약 10.5, 약 9.5 내지 약 10.5, 약 10.0 내지 약 10.5, 약 7.5 내지 약 8.0, 약 7.5 내지 약 8.5, 약 7.5 내지 약 9.0, 약 7.5 내지 약 9.5, 약 7.5 내지 약 10.0, 약 8.0 내지 약 10.0, 약 8.5 내지 약 9.5 또는 약 9 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the pH of the colorimetric sensor system may be 7.5 to 10.5, but is not limited thereto. For example, the pH of the colorimetric sensor system is about 7.5 to about 10.5, about 8.0 to about 10.5, about 8.5 to about 10.5, about 9.0 to about 10.5, about 9.5 to about 10.5, about 10.0 to about 10.5, about 7.5 to about 7.5. It may be about 8.0, about 7.5 to about 8.5, about 7.5 to about 9.0, about 7.5 to about 9.5, about 7.5 to about 10.0, about 8.0 to about 10.0, about 8.5 to about 9.5 or about 9, but is not limited thereto. .
상기 알칼리 포스파타제는 pH 가 약 8.5 내지 약 9.5 인 환경에서 활성화되는 효소이기 때문에, 상기 비색 센서 시스템을 사용해 알칼리 포스파타제의 농도를 측정하기 위해서는 pH 를 조절할 필요가 있다.Since the alkaline phosphatase is an enzyme activated in an environment with a pH of about 8.5 to about 9.5, it is necessary to adjust the pH in order to measure the concentration of the alkaline phosphatase using the colorimetric sensor system.
즉, 상기 비색 센서 시스템은, 도 1 과 같이 아미노페놀에 의해 환원된 금속 나노 입자에 따라 색상이 변화하는 것을 통해 아미노페놀의 양을 추측할 수 있는 것이다. 상기 아미노페놀이 상기 아미노페놀 포스페이트 및 알칼리 포스파타제의 반응으로 형성된 것일 경우, 도 2 와 같은 반응이 발생함으로써 아미노페놀이 형성되고, 상기 아미노페놀의 생성량에 따라 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하므로, 알칼리 포스파타제의 농도를 측정할 수 있다.That is, the colorimetric sensor system, as shown in FIG. 1, can estimate the amount of aminophenol through a color change according to the metal nanoparticles reduced by aminophenol. When the aminophenol is formed by the reaction of the aminophenol phosphate and alkaline phosphatase, the reaction shown in FIG. 2 occurs to form aminophenol, and the color of the colorimetric sensor system changes depending on the amount of aminophenol produced, so alkali The concentration of phosphatase can be measured.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 계면 활성제는 제미니 계면활성제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제미니 계면활성제는 하기 화학식 1 로서 표현되는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the surfactant may include a gemini surfactant, but is not limited thereto. For example, the gemini surfactant may include a material represented by
[화학식 1][Formula 1]
본원에 따른 제미니 계면 활성제는 2 개 이상의 친수기 및 2 개 이상의 소수기를 포함하는 계면활성제를 의미한다.Gemini surfactant according to the present application means a surfactant containing two or more hydrophilic groups and two or more hydrophobic groups.
이와 관련하여, 상기 계면 활성제는 CTAB 을 추가 포함할 수 있다. 상기 CTAB 은 금속 이온을 환원시켜 금속 나노 입자를 형성하면서, 동시에 금속 나노 입자의 크기 및 모양을 균일하게 생성하는 역할을 수행할 수 있다.In this regard, the surfactant may further include CTAB. The CTAB may form metal nanoparticles by reducing metal ions, and at the same time play a role of uniformly generating the size and shape of the metal nanoparticles.
후술하겠지만, CTAB 은 환원제로서의 역할과, 계면활성제로서의 역할을 동시에 수행할 수 있다.As will be described later, CTAB can simultaneously serve as a reducing agent and a surfactant.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 각각 독립적으로 Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 Ag 을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the metal ions and the metal nanoparticles are each independently composed of Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, and combinations thereof. It may include a metal selected from the group consisting of, but is not limited thereto. Preferably, the metal ions and the metal nanoparticles may include Ag, but are not limited thereto.
본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서 시스템을 사용한 유해 물질의 검출 방법에 대한 것으로서, 금속 이온, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성하는 단계, 상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하는 단계, 및 상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하는 단계를 포함하는, 유해 물질의 검출 방법을 제공한다.A second aspect of the present application relates to a method for detecting harmful substances using the colorimetric sensor system according to the first aspect, by mixing metal ions, a surfactant, and a reducing agent to obtain metal ions, metal nanoparticles, and the metal nanoparticles. Forming a colorimetric sensor system including a surfactant formed on the surface of the colorimetric sensor, mixing the colorimetric sensor system and a toxic substance, and reducing the metal ion to the metal nanoparticle by the toxic substance, It provides a method for detecting harmful substances, including the step of changing the color of the system.
본원의 제2 측면에 따른 유기 물질의 검출 방법에 대하여, 본원의 제1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제1 측면에 기재된 내용은 본원의 제2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.With respect to the organic material detection method according to the second aspect of the present application, detailed descriptions of parts overlapping with those of the first aspect of the present application have been omitted, but even if the description is omitted, the contents described in the first aspect of the present application The same can be applied to both sides.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 유해 물질의 검출 방법의 순서도이다.3 is a flowchart of a method for detecting harmful substances according to an embodiment of the present disclosure.
먼저, 금속 이온, 계면 활성제, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성한다 (S100). 이와 관련하여, 상기 금속 이온, 계면 활성제, 및 환원제가 혼합되는 환경은 용매가 증류수인 환경일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.First, metal ions, a surfactant, and a reducing agent are mixed to form a colorimetric sensor system including metal ions, metal nanoparticles, and a surfactant formed on the surface of the metal nanoparticles (S100). In this regard, the environment in which the metal ion, the surfactant, and the reducing agent are mixed may be an environment in which the solvent is distilled water, but is not limited thereto.
상기 금속 이온의 일부는 상기 환원제에 의해 환원되어 금속 나노 입자를 형성할 수 있으나, 나머지 일부는 상기 환원제와 반응하지 않아 금속 나노 입자를 형성하지 않고 용액 상에서 이온 형태로 존재할 수 있다. 이 때, 상기 계면 활성제는 금속 나노 입자 또는 금속 나노 이온이 용액 상에서 침전되지 않도록 분산 안전성을 향상시키고, 금속 나노 입자가 균일한 모양 및 크기를 갖도록 나노 입자를 형성하는 역할을 수행한다.Some of the metal ions may be reduced by the reducing agent to form metal nanoparticles, but other parts may not react with the reducing agent to form metal nanoparticles and may exist in the form of ions in a solution. At this time, the surfactant improves dispersion stability so that the metal nanoparticles or metal nanoions do not precipitate in the solution, and serves to form nanoparticles so that the metal nanoparticles have a uniform shape and size.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 환원제는 NaBH4, H2O2, 탄닌산(tannic acid), NaOH, KOH, N2H4, Na2HPO4, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium), LiBH4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the reducing agent is NaBH 4 , H 2 O 2 , tannic acid, NaOH, KOH, N 2 H 4 , Na 2 HPO 4 , dimethylformamide, tetrabutylammonium ( tetrabutyl ammonium), LiBH 4 , and those selected from the group consisting of combinations thereof, but are not limited thereto.
이와 관련하여, 상기 환원제는 CTAB 을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In this regard, the reducing agent may further include CTAB, but is not limited thereto.
상술하였듯, 상기 CTAB 은 상기 금속 이온의 일부를 환원시키면서, 동시에 금속 나노 입자의 형태 및 크기를 균일하게 하는 역할을 수행하기 때문에, 환원제 및 계면 활성제로서 기능할 수 있다.As described above, since CTAB reduces a part of the metal ion and at the same time serves to uniformize the shape and size of metal nanoparticles, it can function as a reducing agent and a surfactant.
상기 비색 센서 시스템은 환원제에 의해 형성된 금속 나노 입자를 포함하기 때문에, 금속 이온, 계면 활성제, 및 환원제가 혼합되기 전의 용매와 혼합된 후의 용매의 색은 상이할 수 있다.Since the colorimetric sensor system includes metal nanoparticles formed by a reducing agent, the colors of the solvent before and after mixing the metal ion, the surfactant, and the reducing agent may be different.
후술하겠지만, 상기 비색 센서 시스템은 아미노페놀 포스페이트를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As will be described later, the colorimetric sensor system may further include aminophenol phosphate, but is not limited thereto.
이어서, 상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하였다 (S200).Subsequently, the colorimetric sensor system and harmful substances were mixed (S200).
이어서, 상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하였다 (S300).Subsequently, the color of the colorimetric sensor system was changed as the metal ions were reduced to the metal nanoparticles by the harmful substance (S300).
상기 비색 센서 시스템을 유해 물질과 혼합하면, 상기 유해 물질에 의해 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원되는 과정이 즉각적으로 발생할 수 있다.When the colorimetric sensor system is mixed with a toxic substance, a process in which metal ions are reduced into metal nanoparticles by the toxic substance may occur immediately.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the harmful substance may include aminophenol, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질의 농도는 0 μM 초과 100 μM 이하 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유해 물질의 검출 방법을 통해 측정할 수 있는 아미노페놀의 농도는 약 0 μM 초과 약 100 μM 이하, 약 5 μM 내지 약 100 μM, 약 10 μM 내지 약 100 μM, 약 15 μM 내지 약 100 μM, 약 20 μM 내지 약 100 μM, 약 25 μM 내지 약 100 μM, 약 30 μM 내지 약 100 μM, 약 35 μM 내지 약 100 μM, 약 40 μM 내지 약 100 μM, 약 45 μM 내지 약 100 μM, 약 50 μM 내지 약 100 μM, 약 55 μM 내지 약 100 μM, 약 60 μM 내지 약 100 μM, 약 65 μM 내지 약 100 μM, 약 70 μM 내지 약 100 μM, 약 75 μM 내지 약 100 μM, 약 80 μM 내지 약 100 μM, 약 85 μM 내지 약 100 μM, 약 90 μM 내지 약 100 μM, 약 95 μM 내지 약 100 μM, 약 0 μM 초과 약 5 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 10 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 15 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 20 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 25 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 30 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 35 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 40 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 45 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 50 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 55 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 60 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 65 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 70 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 75 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 80 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 85 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 90 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 95 μM 이하, 약 5 μM 내지 약 95 μM, 약 10 μM 내지 약 90 μM, 약 15 μM 내지 약 85 μM, 약 20 μM 내지 약 80 μM, 약 25 μM 내지 약 75 μM, 약 30 μM 내지 약 70 μM, 약 35 μM 내지 약 65 μM, 약 40 μM 내지 약 60 μM, 약 45 μM 내지 약 55 μM, 또는 약 50μM 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. According to one embodiment of the present application, the concentration of the harmful substance may be greater than 0 μM and less than or equal to 100 μM, but is not limited thereto. For example, the concentration of aminophenol that can be measured through the method for detecting harmful substances is about 0 μM to about 100 μM or less, about 5 μM to about 100 μM, about 10 μM to about 100 μM, about 15 μM to About 100 μM, about 20 μM to about 100 μM, about 25 μM to about 100 μM, about 30 μM to about 100 μM, about 35 μM to about 100 μM, about 40 μM to about 100 μM, about 45 μM to about 100 μM, about 50 μM to about 100 μM, about 55 μM to about 100 μM, about 60 μM to about 100 μM, about 65 μM to about 100 μM, about 70 μM to about 100 μM, about 75 μM to about 100 μM, About 80 μM to about 100 μM, about 85 μM to about 100 μM, about 90 μM to about 100 μM, about 95 μM to about 100 μM, greater than about 0 μM to about 5 μM, greater than about 0 μM to about 10 μM, About 0 μM to about 15 μM or less, about 0 μM to about 20 μM or less, about 0 μM to about 25 μM or less, about 0 μM to about 30 μM or less, about 0 μM to about 35 μM or less, about 0 μM to about 35 μM or less 40 μM or less, more than about 0 μM to about 45 μM or less, more than about 0 μM to about 50 μM or less, more than about 0 μM to about 55 μM or less, more than about 0 μM to about 60 μM or less, more than about 0 μM to about 65 μM or less, about More than 0 μM to about 70 μM or less, more than about 0 μM to about 75 μM or less, more than about 0 μM to about 80 μM or less, more than about 0 μM to about 85 μM or less, more than about 0 μM to about 90 μM or less, more than about 0 μM to about 95 less than or equal to about 5 μM to about 95 μM, about 10 μM to about 90 μM, about 15 μM to about 85 μM, about 20 μM to about 80 μM, about 25 μM to about 75 μM, about 30 μM to about 70 μM μM, about 35 μM to about 65 μM, about 40 μM to about 60 μM, about 45 μM to about 55 μM, or about 50 μM, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 유해 물질의 검출 방법을 통해 검출할 수 있는, 상기 아미노페놀의 검출 한계는 0.32 μM 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the detection limit of the aminophenol, which can be detected through a method for detecting harmful substances, may be 0.32 μM, but is not limited thereto.
상술하였듯, 상기 환원제에 의해 환원되지 않은 금속 이온은 아미노페놀에 의해 환원될 수 있다. 즉, 상기 혼합된 아미노페놀의 양이 많을수록 상기 비색 센서 시스템 내의 금속 이온의 양이 감소하고 금속 나노 입자의 수 또는 크기가 증가할 수 있으나, 상기 아미노페놀의 농도가 100 μM 초과일 경우 모든 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원될 수 있다. 즉, 본원에 따른 비색 센서 시스템을 포함하는 유해 물질의 검출 방법은, 샘플 내의 아미노페놀의 농도가 100 μM 이하인 경우에 아미노페놀의 농도를 시각적으로 확인할 수 있다.As described above, metal ions not reduced by the reducing agent may be reduced by aminophenol. That is, as the amount of the mixed aminophenol increases, the amount of metal ions in the colorimetric sensor system decreases and the number or size of metal nanoparticles may increase. However, when the concentration of the aminophenol exceeds 100 μM, all metal ions It can be reduced to these metal nanoparticles. That is, in the method for detecting harmful substances including the colorimetric sensor system according to the present disclosure, when the concentration of aminophenol in a sample is 100 µM or less, the concentration of aminophenol can be visually confirmed.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 단계, 및 상기 알칼리 포스파타제에 의해 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 변환되는 단계를 포함하는 단계에 의해 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the aminophenol may be formed by mixing alkaline phosphatase and aminophenol phosphate, and converting the aminophenol phosphate into aminophenol by the alkaline phosphatase. However, it is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 알칼리 포스파타제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the harmful substance may include alkaline phosphatase, but is not limited thereto.
상기 아미노페놀은 아닐린이 신체 내에서 대사되거나, 아세트아미노펜의 조제 과정에서 발생한다. 그러나, 아미노페놀 포스페이트가, 체액 내의 알칼리 포스파타제 효소와 반응하면 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀이 될 수 있고, 상기 아미노페놀은 상기 금속 이온을 환원시킬 수 있다. 즉, 상기 비색 센서 시스템이 금속 이온, 표면에 계면활성제가 형성된 금속 나노 입자, 및 아미노페놀 포스페이트를 포함하고, 상기 비색 센서 시스템 및 유해물질인 알칼리 포스파타제를 혼합할 경우, 알칼리 포스파타제에 의해 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 환원되고, 상기 아미노페놀은 상기 금속 이온을 환원시킨다.The aminophenol is generated when aniline is metabolized in the body or during preparation of acetaminophen. However, when aminophenol phosphate reacts with an alkaline phosphatase enzyme in a body fluid, the aminophenol phosphate can become aminophenol, and the aminophenol can reduce the metal ion. That is, when the colorimetric sensor system includes metal ions, metal nanoparticles having a surfactant formed on the surface, and aminophenol phosphate, and the colorimetric sensor system and alkaline phosphatase, which is a harmful substance, are mixed, aminophenol phosphate is formed by alkaline phosphatase is reduced to aminophenol, and the aminophenol reduces the metal ion.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도는 0 U/L 초과 300 U/L 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the alkaline phosphatase may be greater than 0 U/L and less than or equal to 300 U/L, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 유해 물질의 검출 방법을 통해 검출할 수 있는, 상기 알칼리 포스파타제의 검출 한계는 0.24 U/L 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the detection limit of the alkaline phosphatase, which can be detected through a method for detecting harmful substances, may be 0.24 U/L, but is not limited thereto.
본원에 따른 검출 한계(Limit of detection)는 검체 중에 존재하는 분석 대상물질의 검출 가능한 최소량 또는 최소농도를 의미한다.The limit of detection according to the present application refers to the minimum detectable amount or minimum concentration of an analyte present in a sample.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the colorimetric sensor system may change color according to the concentration of the alkaline phosphatase, but is not limited thereto.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 상기 아미노페놀의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the aminophenol may increase according to the concentration of the alkaline phosphatase, but is not limited thereto.
상기 알칼리 포스파타제는 아미노페놀 포스페이트를 환원시키는 효소로서, 유해 물질 내의 알칼리 포스파타제의 농도가 높을수록 아미노페놀 포스페이트의 환원량 및 환원 속도가 향상되고, 상기 아미노페놀 포스페이트의 환원량 및 환원 속도가 향상되면 아미노페놀의 생성량 및 생성 속도가 증가한다. The alkaline phosphatase is an enzyme that reduces aminophenol phosphate. As the concentration of alkaline phosphatase in harmful substances increases, the reduction amount and reduction rate of aminophenol phosphate improve, and when the reduction amount and reduction rate of aminophenol phosphate improve, amino The amount and rate of production of phenol are increased.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀의 농도에 따라 상기 금속 나노 입자의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the metal nanoparticles may increase according to the concentration of the aminophenol, but is not limited thereto.
이와 관련하여, 아미노페놀의 농도가 100 μM 인 경우 또는 알칼리 포스파타제의 농도가 300 U/L 인 경우 이미 대부분의 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원되었기 때문에, 상기 아미노페놀의 농도가 100 μM 를 초과하거나 또는 상기 알칼리 포스파타제의 농도가 300 U/L 를 초과할 경우 상기 비색 센서 시스템에서 색 변화가 관찰되지 않을 수 있다.In this regard, when the concentration of aminophenol is 100 μM or when the concentration of alkaline phosphatase is 300 U/L, since most metal ions have already been reduced to metal nanoparticles, the concentration of aminophenol exceeds 100 μM or Alternatively, when the concentration of the alkaline phosphatase exceeds 300 U/L, no color change may be observed in the colorimetric sensor system.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템의 색을 통해, 상기 유해 물질의 농도를 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present application, the concentration of the harmful substance may be measured through the color of the colorimetric sensor system, but is not limited thereto.
후술하겠지만, 상기 비색 센서 시스템은 기본적으로 투명한 노란색이되, 아미노페놀 또는 알칼리 포스파타제에 의해 진노란색으로 변화할 수 있다. 이러한 색 변화를 통해, 상기 유해 물질의 검출 방법은 유해 물질의 농도를 색 등으로 확인할 수 있다.As will be described later, the colorimetric sensor system is basically transparent yellow, but can be changed to deep yellow by aminophenol or alkaline phosphatase. Through this color change, the method for detecting the harmful substances can confirm the concentration of the harmful substances by color or the like.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서용 시스템을 포함하는, 비색 센서를 제공한다.A third aspect of the present application provides a colorimetric sensor comprising the system for a colorimetric sensor according to the first aspect.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail through the following examples, but the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present application.
[실시예 1] : 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템[Example 1]: Colorimetric sensor system for detecting aminophenols
1 mM 농도의 제미니 비이온성 계면 활성제 GFEO 수용액 3 mL및 1 mM 농도의 AgNO3 수용액 50 mL 에 첨가하였다. 이어서, 10 mM 농도의 CTAB 수용액 10 ml 를 첨가하고, 5 분 동안 교반한 후, 35% 농도의 과산화수소수 용액 120 μL 을 상기 용액에 첨가하였다. 이어서, 30 분 동안 추가로 연속 교반하면서, 0.1 mM 농도의 NaBH4 330μL를 첨가하여, 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템인 용액을 형성하였다. 이 때, 상기 용액은 무색에서 희미한 노란색으로 변화하였다.It was added to 3 mL of 1 mM Gemini nonionic surfactant GFEO aqueous solution and 50 mL of 1 mM AgNO 3 aqueous solution. Then, 10 ml of a 10 mM aqueous solution of CTAB was added, and after stirring for 5 minutes, 120 µL of a 35% hydrogen peroxide solution was added to the solution. Then, with continuous stirring for an additional 30 minutes, 330 μL of NaBH 4 at a concentration of 0.1 mM was added to form a solution that was a colorimetric sensor system for detecting aminophenols. At this time, the solution changed from colorless to pale yellow.
이어서, 상기 용액 900 μL 및 다양한 농도의 100 μL 의 아미노페놀 용액을 혼합하였다.Then, 900 μL of the above solution and 100 μL of aminophenol solutions of various concentrations were mixed.
도 4 은 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.4 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present disclosure.
도 4 를 참조하면, 상기 과산화수소수 및 NaBH4 에 의해 환원되지 않은 Ag+ 이온은, 상기 용액에 첨가될 아미노페놀에 의해 환원되어, 기존재하는 금속 나노 입자의 크기를 크게 하거나 또는 새로운 금속 나노 입자를 형성하여 용액 내의 금속 나노 입자의 농도를 높일 수 있다.Referring to FIG. 4 , Ag + ions not reduced by the hydrogen peroxide solution and NaBH 4 are reduced by aminophenol to be added to the solution to increase the size of existing metal nanoparticles or to form new metal nanoparticles. It is possible to increase the concentration of metal nanoparticles in the solution by forming.
[실시예 2] : 알칼리 포스파타제를 검출하기 위한 비색 센서 시스템[Example 2]: Colorimetric sensor system for detecting alkaline phosphatase
pH 가 9.5 이고, 10 mM 의 농도를 갖는 Tris-base 용액에, 다양한 농도를 갖는 알칼리 포스파타제 50 μL 및 3 mM 의 아미노페놀 포스페이트 50 μL 를 혼합한 용액을 준비하였다.A solution obtained by mixing 50 μL of alkaline phosphatase and 50 μL of 3 mM aminophenol phosphate in a Tris-base solution having a pH of 9.5 and a concentration of 10 mM was prepared.
이어서, 실시예 1 의 비색 센서 시스템 용액을, 상기 알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 포함하는 용액과 혼합하였다. Then, the colorimetric sensor system solution of Example 1 was mixed with the solution containing the above alkaline phosphatase and aminophenol phosphate.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.5 is a schematic diagram of a colorimetric sensor system according to an embodiment of the present disclosure.
도 5 를 참조하면, 상기 실시예 1 의 비색 센서 시스템 및 상기 실시예 2 의 비색 센서 시스템은 공통적으로 아미노페놀에 의해 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원되는 것을 이용한다. Referring to FIG. 5 , the colorimetric sensor system of Example 1 and the colorimetric sensor system of Example 2 commonly use aminophenol to reduce metal ions to metal nanoparticles.
이와 관련하여, 상기 실시예 2 는 비색 센서 시스템 용액, 알칼리 포스파타제, 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 것이다. 즉, 상기 실시예 1 는 비색 센서 시스템 용액과 양산된 아미노페놀을 혼합하는 반면, 상기 실시예 2 는 비색 센서 시스템 용액을, 반응의 산물인 아미노페놀과 혼합하여 상기 실시예 1 보다 변색 반응이 비교적 늦게 발현될 수 있다.In this regard, Example 2 above is mixing a colorimetric sensor system solution, alkaline phosphatase, and aminophenol phosphate. That is, while Example 1 mixes the colorimetric sensor system solution with mass-produced aminophenol, Example 2 mixes the colorimetric sensor system solution with aminophenol, a product of the reaction, so that the discoloration reaction is relatively higher than that of Example 1. may appear late.
[비교예 1][Comparative Example 1]
상기 실시예 2 의 과정과 동일하되, 비색 센서 시스템 용액을 제조할 때 GFEO 용액을 첨가하지 않았다.The procedure of Example 2 was the same, but the GFEO solution was not added when preparing the colorimetric sensor system solution.
[비교예 2][Comparative Example 2]
상기 실시예 2 의 과정과 동일하되, 비색 센서 시스템 용액을 제조할 때 CTAB 용액을 첨가하지 않았다.The procedure of Example 2 was the same, but the CTAB solution was not added when preparing the colorimetric sensor system solution.
[실험예 1][Experimental Example 1]
도 6 의 (a) 및 도 6 의 (b) 는 각각 상기 비교예 1 에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이고, 도 7 의 (a) 및 도 7 의 (b) 는 상기 비교예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이며, 도 8의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 TEM 이미지이고, 도 8 의 (b) 는 상기 비색 센서 시스템에 유해 물질을 첨가했을 때의 TEM 이미지이다.6(a) and 6(b) are SEM images and UV-vis spectrums of the colorimetric sensor system according to Comparative Example 1, respectively, and FIGS. 7(a) and 7(b) show the comparison SEM image and UV-vis spectrum of the colorimetric sensor system according to Example 2, FIG. 8(a) is a TEM image of the colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application, and FIG. 8(b) shows the colorimetric sensor system This is a TEM image when harmful substances were added to
도 6 내지 도 8 을 참조하면, CTAB 또는 GFEO 중 어느 하나만을 사용하였을 경우 (비교예 1 및 2), 불규칙하고 다양한 크기 분포를 갖는 은 나노 입자가 형성되나, CTAB 및 GFEO 를 동시에 사용할 경우 (실시예 2) 작은 은 나노 입자가 형성되었다가, 아미노페놀에 의해 큰 은 나노 입자가 형성됨을 확인할 수 있다.6 to 8, when only one of CTAB or GFEO was used (Comparative Examples 1 and 2), silver nanoparticles having irregular and various size distributions were formed, but when CTAB and GFEO were used simultaneously (Example Example 2) It can be seen that small silver nanoparticles are formed, and then large silver nanoparticles are formed by aminophenol.
[실험예 2][Experimental Example 2]
도 9 의 (a) 는 상기 실시예 1 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 9 의 (b) 및 (c) 는 각각 407 nm 및 520 nm 에서의 농도와 흡광도에 대한 그래프이고, 도 9 의 (d) 는 아미노페놀의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화로서, 아미노페놀의 농도는 오른쪽에서부터 0 μM, 0.01 μM, 0.025 μM, 0.05 μM, 0.1 μM, 0.25 μM, 0.5 μM, 1 μM, 2.5 μM, 5 μM, 7.5 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM, 60 μM, 75 μM 및 85 μM 이다.9 (a) is a UV-vis spectrum of the colorimetric sensor system according to Example 1, (b) and (c) are graphs of the concentration and absorbance of harmful substances at specific wavelengths, respectively, (d) is a photograph showing the color change of the colorimetric sensor system according to the concentration of harmful substances. Specifically, (b) and (c) of FIG. 9 are graphs of concentration and absorbance at 407 nm and 520 nm, respectively, and (d) of FIG. 9 is a color change of the colorimetric sensor system according to the concentration of aminophenol. , the concentrations of aminophenol were 0 μM, 0.01 μM, 0.025 μM, 0.05 μM, 0.1 μM, 0.25 μM, 0.5 μM, 1 μM, 2.5 μM, 5 μM, 7.5 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM, 60 μM, 75 μM and 85 μM.
도 9 를 참조하면, 상기 실시예 1 에 따른 비색 센서 시스템은 아미노페놀의 농도가 높을수록 407 nm 부근의 빛이 강해짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 , in the colorimetric sensor system according to Example 1, it can be confirmed that the higher the concentration of aminophenol, the stronger the light around 407 nm.
도 10 의 (a) 는 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 10 의 (b) 및 (c) 는 각각 407 nm 및 520 nm 에서의 농도와 흡광도에 대한 그래프이고, 도 10 의 (d) 는 알칼리 포스파타제의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화로서, 알칼리 포스파타제의 농도는 오른쪽에서부터 0 U/L, 0.5 U/L, 1.25 U/L, 2.5 U/L, 5 U/L, 7.5 U/L, 12.5 U/L, 17.5 U/L, 25 U/L, 30 U/L, 37.5 U/L, 50 U/L, 62.5 U/L, 75 U/L, 100 U/L, 125 U/L, 150 U/L, 175 U/L, 200 U/L, 및 225 U/L 이다.10 (a) is a UV-vis spectrum of the colorimetric sensor system according to Example 2, (b) and (c) are graphs of the concentration and absorbance of harmful substances at specific wavelengths, respectively, (d) is a photograph showing the color change of the colorimetric sensor system according to the concentration of harmful substances. Specifically, FIG. 10 (b) and (c) are graphs of concentration and absorbance at 407 nm and 520 nm, respectively, and FIG. 10 (d) is a color change of the colorimetric sensor system according to the concentration of alkaline phosphatase. , the concentrations of alkaline phosphatase were 0 U/L, 0.5 U/L, 1.25 U/L, 2.5 U/L, 5 U/L, 7.5 U/L, 12.5 U/L, 17.5 U/L, and 25 U from the right. /L, 30 U/L, 37.5 U/L, 50 U/L, 62.5 U/L, 75 U/L, 100 U/L, 125 U/L, 150 U/L, 175 U/L, 200 U /L, and 225 U/L.
도 10 을 참조하면, 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템은 알칼리 포스파타제의 농도가 높을수록 407 nm 부근의 빛이 강해짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, in the colorimetric sensor system according to Example 2, it can be confirmed that the higher the concentration of alkaline phosphatase, the stronger the light around 407 nm.
[실험예 3][Experimental Example 3]
도 11 은 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템에 대한 그래프이다. 구체적으로, 도 11 의 (a) 는 아미노페놀 포스페이트의 농도와 관련한 그래프이고, (b) 는 비색 센서 시스템의 pH 에 관련한 그래프이며, (c) 는 시간과 관련한 그래프이다.11 is a graph of the colorimetric sensor system according to the second embodiment. Specifically, (a) of FIG. 11 is a graph related to the concentration of aminophenol phosphate, (b) is a graph related to the pH of the colorimetric sensor system, and (c) is a graph related to time.
도 11 을 참조하면, 아미노페놀 포스페이트 용액의 농도가 2 mM 까지는 흡광도가 증가하나, 아미노페놀 포스페이트 용액의 농도가 2 mM 을 초과하면 흡광도 면에서 큰 차이가 발생하지 않는다. 또한, 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템은 pH 가 9.5 인 조건에서 가장 높은 흡광도를 보임을 확인할 수 있다. 또한, 알칼리 포스파타제, 아미노페놀 포스페이트, 및 Ag 이온의 반응은 혼합 후 10 분 후까지는 활발하게 이루어지고, 약 40분이 지나면 반응이 거의 완료됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11, the absorbance increases up to 2 mM in the concentration of the aminophenol phosphate solution, but no significant difference in absorbance occurs when the concentration of the aminophenol phosphate solution exceeds 2 mM. In addition, it can be confirmed that the colorimetric sensor system according to Example 2 shows the highest absorbance under the condition that the pH is 9.5. In addition, it can be confirmed that the reaction of alkaline phosphatase, aminophenol phosphate, and Ag ions is actively carried out until 10 minutes after mixing, and the reaction is almost completed after about 40 minutes.
즉, 도 11 을 통해, 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템은, 알칼리 포스파타제의 농도가 2 mM 이상이고, pH 가 9.5 이며, 혼합 후 40 분 후이 지난 조건에서 흡광도가 가장 높게 측정됨을 확인할 수 있다.That is, through FIG. 11, it can be seen that the colorimetric sensor system according to Example 2 has the highest absorbance measured under the condition that the concentration of alkaline phosphatase is 2 mM or more, the pH is 9.5, and 40 minutes after mixing has passed. .
[실험예 4][Experimental Example 4]
도 12 및 도 13 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 유해 물질 선택성을 나타내는 그래프 및 사진이다.12 and 13 (a) and (b) are graphs and photographs showing selectivity of harmful substances of the colorimetric sensor system according to an embodiment of the present application.
도 12 를 참조하면, 상기 실시예 1 의 비색 센서 시스템은 Na+, K+, Mn2+, Ca2+, Cu2+, Mg2+, Al3+, Fe3+, CO3 -, F-, PO4 2-, SO4 2-, Pb2+, 나이트레이트(nitrate), 아세테이트(acetate), 석시네이트(succinate), 아닐린(aniline), 니트로벤젠(nitro benzene), 페놀(phenol) 등에는 거의 반응하지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, the colorimetric sensor system of Example 1 is Na + , K + , Mn 2+ , Ca 2+ , Cu 2+ , Mg 2+ , Al 3+ , Fe 3+ , CO 3 - , F - , PO 4 2- , SO 4 2- , Pb 2+ , nitrate, acetate, succinate, aniline, nitrobenzene, phenol, etc. It can be seen that there is almost no reaction.
이 때, 다른 물질들과 달리, NP(nitrophenol) 는 407 nm 의 빛에 대한 흡광도가 높은 것으로 확인되나, 520 nm 대역에서 숄더 픽을 유발하지 않는다. 즉, 상기 비색 센서 시스템을 통해 아미노 페놀의 농도를 선택적으로 분석할 수 있다.At this time, unlike other materials, NP (nitrophenol) is confirmed to have high absorbance for light of 407 nm, but does not cause a shoulder pick in the 520 nm band. That is, the concentration of amino phenol can be selectively analyzed through the colorimetric sensor system.
도 13 을 참조하면, 상기 실시예 2 의 비색 센서 시스템은, BSA, GOX, MMPg, IpG, Thr, 펜실린(pencillin), Try 등의 생체 분자(biomolecule)에는 반응하지 않고, 오직 ALP 를 포함할 때만 반응함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, the colorimetric sensor system of Example 2 does not react to biomolecules such as BSA, GOX, MMPg, IpG, Thr, pencillin, and Try, and only contains ALP. It can be confirmed that it only reacts when
[실험예 5][Experimental Example 5]
도 14 의 (a) 및 (b) 는 상기 실시예 1 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, 도 15 의 (a) 는 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이며, 도 15 의 (b) 는 알칼리 포스파타제의 농도에 대한 흡광도 변화를 선형으로 표현한 것이다. 구체적으로, 도 14 의 (a) 는 소변 속의 아미노페놀의 농도를 조절한 것이고, (b) 는 파나돌(Panadol) 약물의 아미노페놀의 농도를 조절한 것이고, 도 15 의 (a) 는 10% 희석된 인간 혈청 용액을 사용한 것이다.14 (a) and (b) are UV-vis spectra of the colorimetric sensor system according to Example 1, and FIG. 15 (a) is a UV-vis spectrum of the colorimetric sensor system according to Example 2, 15(b) is a linear representation of the change in absorbance with respect to the concentration of alkaline phosphatase. Specifically, (a) of FIG. 14 shows the concentration of aminophenol in urine adjusted, (b) shows the concentration of aminophenol of the drug Panadol adjusted, and (a) of FIG. 15 shows 10% A diluted human serum solution was used.
도 14 및 도 15 를 참조하면, 유해 물질인 아미노페놀(실시예 1) 또는 알칼리 포스파타제(실시예 2)의 농도가 높을수록 흡광도가 높아짐을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 14 and 15, it can be seen that the higher the concentration of aminophenol (Example 1) or alkaline phosphatase (Example 2), which are harmful substances, the higher the absorbance.
도 14 의 경우, 약 540 nm 인근에서는 농도에 따라 흡광도가 증가한 후 감소하고 있으나, 이는 아미노페놀에서 선택적으로 나타나는 숄더 픽으로서, 센터의 선택성을 향상시키는 것을 의미한다. In the case of FIG. 14, the absorbance increases and then decreases according to the concentration around 540 nm, but this is a shoulder pick selectively appearing in aminophenol, which means that the selectivity of the center is improved.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts thereof should be construed as being included in the scope of the present application.
Claims (17)
계면활성제가 결합된 금속 나노 입자;
를 포함하고,
상기 금속 이온이 유해 물질에 의해 상기 금속 나노 입자로 환원되며,
상기 유해 물질의양에 따라 상기 금속 이온의 환원되는 양이 조절되어 색이 변환되는 것인,
비색 센서 시스템.
metal ions; and
metal nanoparticles to which a surfactant is bound;
including,
The metal ion is reduced to the metal nanoparticle by a harmful substance,
The color is converted by adjusting the reduced amount of the metal ion according to the amount of the harmful substance,
Colorimetric sensor system.
상기 비색 센서 시스템은, 상기 금속 나노 입자의 농도 또는 크기에 따라 색이 변화하는 것인, 비색 센서 시스템.
According to claim 1,
Wherein the colorimetric sensor system changes color depending on the concentration or size of the metal nanoparticles.
상기 유해 물질은 아미노페놀(aminophenol)을 포함하는 것인, 비색 센서 시스템.
According to claim 1,
Wherein the harmful substance includes aminophenol (aminophenol), colorimetric sensor system.
상기 비색 센서 시스템은 아미노페놀 포스페이트(aminophenol phosphate)을 추가 포함하는 것인, 비색 센서 시스템.
According to claim 1,
The colorimetric sensor system further comprises aminophenol phosphate.
상기 아미노페놀은, 상기 아미노페놀 포스페이트가 알칼리 포스파타제(ALP)에 의해 환원됨으로써 형성된 것인, 비색 센서 시스템.
According to claim 4,
The aminophenol is formed by reducing the aminophenol phosphate by alkaline phosphatase (ALP), the colorimetric sensor system.
상기 계면 활성제는 제미니 계면활성제를 포함하는 것인, 비색 센서 시스템.
According to claim 1,
The colorimetric sensor system, wherein the surfactant comprises a gemini surfactant.
상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 각각 독립적으로 Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 비색 센서 시스템.
According to claim 1,
The metal ions and the metal nanoparticles each independently contain a metal selected from the group consisting of Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, and combinations thereof. That is, a colorimetric sensor system.
금속 이온, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성하는 단계;
상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하는 단계; 및
상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하는 단계;
를 포함하는,
유해 물질의 검출 방법.
In the method of detecting harmful substances using the colorimetric sensor system according to any one of claims 1 to 7,
mixing metal ions, a surfactant, and a reducing agent to form a colorimetric sensor system including metal ions, metal nanoparticles, and a surfactant formed on surfaces of the metal nanoparticles;
mixing the colorimetric sensor system and a harmful substance; and
changing the color of the colorimetric sensor system by reducing the metal ions to the metal nanoparticles by the harmful substance;
including,
Methods for detecting hazardous substances.
상기 유해 물질은 아미노페놀을 포함하는 것인, 유해물질의 검출 방법.
According to claim 8,
The hazardous material is a method for detecting a hazardous material containing aminophenol.
상기 비색 센서 시스템의 색을 통해, 상기 유해 물질의 농도를 측정할 수 있는 것인, 유해 물질의 검출 방법.
According to claim 9,
Through the color of the colorimetric sensor system, the concentration of the harmful substance can be measured, a method for detecting harmful substances.
상기 유해 물질의 농도는 0 μM 초과 100 μM 이하인, 유해 물질의 검출 방법.
According to claim 10,
The concentration of the harmful substance is greater than 0 μM and less than or equal to 100 μM, a method for detecting harmful substances.
상기 아미노페놀은,
알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 단계; 및
상기 알칼리 포스파타제에 의해 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 변환되는 단계;
를 포함하는 단계에 의해 형성되는 것인, 유해 물질의 검출 방법.
According to claim 9,
The aminophenol,
mixing alkaline phosphatase and aminophenol phosphate; and
converting the aminophenol phosphate into aminophenol by the alkaline phosphatase;
To be formed by a step comprising a, a method for detecting harmful substances.
상기 비색 센서 시스템은 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 색이 변화하는 것인, 유해 물질의 검출 방법.
According to claim 11,
The colorimetric sensor system is a method for detecting harmful substances, in which the color changes according to the concentration of the alkaline phosphatase.
상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 상기 아미노페놀의 농도가 증가하고,
상기 아미노페놀의 농도에 따라 상기 금속 나노 입자의 농도가 증가하는 것인, 유해 물질의 검출방법.
According to claim 12,
The concentration of the aminophenol increases according to the concentration of the alkaline phosphatase,
The concentration of the metal nanoparticles increases according to the concentration of the aminophenol, a method for detecting harmful substances.
상기 알칼리 포스파타제의 농도는 0 U/L 초과 300 U/L 이하인, 유해 물질의 검출 방법.
According to claim 12,
The concentration of the alkaline phosphatase is more than 0 U / L and 300 U / L or less, a method for detecting harmful substances.
상기 환원제는 NaBH4, H2O2, 탄닌산(tannic acid), NaOH, KOH, N2H4, Na2HPO4, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium), LiBH4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 유해 물질의 검출 방법.
According to claim 8,
The reducing agent is NaBH 4 , H 2 O 2 , tannic acid, NaOH, KOH, N 2 H 4 , Na 2 HPO 4 , dimethylformamide, tetrabutyl ammonium, LiBH 4 , and A method for detecting harmful substances, including those selected from the group consisting of combinations thereof.
A colorimetric sensor comprising a colorimetric sensor system according to claim 1 .
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| KR20230017045A true KR20230017045A (en) | 2023-02-03 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US8048633B2 (en) * | 2004-12-23 | 2011-11-01 | Abbott Point Of Care Inc. | Methods of performing nucleic acid amplification assays using modified primers |
| KR20160117688A (en) * | 2015-03-30 | 2016-10-11 | 한국전자통신연구원 | A method for detecting biomaterials |
-
2021
- 2021-07-27 KR KR1020210098777A patent/KR102584932B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| Chuanxia Chen et al., Alkaline Phosphatase-Triggered in Situ Formation of Silicon-Containing Nanoparticles for a Fluorometric and Colorimetric Dual-Channel Immunoassay, Anal. Chem., 2020, Vol.92, pp.4639-4646 1부.* * |
| Feng Xu et al., Simple one-step synthesis of AuNPs with controlled size using cationic Gemini surfactants as ligands: Effect of the variations in concentrations and tail lengths, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2013, Vol.417, pp.201-210 1부.* * |
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