KR20230144783A - Alcohol Sensor Based on Metal Catalyst and Wearable Device Comprising the Same - Google Patents
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Abstract
금속 촉매 기반의 알코올 센서 및 그를 포함하는 웨어러블 장치를 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서는, 상기 알코올 농도를 감지하기 위한 하나의 또는 복수개의 전극들; 및 상기 유체 시료의 포함된 알코올 농도를 감지하기 위하여, 상기 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매를 포함하며, 상기 전극의 일측에 위치하는 금속 촉매층;을 포함할 수 있다. Disclosed is a metal catalyst-based alcohol sensor and a wearable device including the same.
An alcohol sensor according to an embodiment of the present invention includes one or a plurality of electrodes for detecting the alcohol concentration; and a metal catalyst layer for a reaction to acquire electrons through a reaction with an alcohol component contained in the fluid sample to detect the concentration of alcohol contained in the fluid sample, the metal catalyst layer located on one side of the electrode. may include.
Description
본 발명은 금속 촉매를 이용하여 알코올 성분을 측정하는 알코올 센서 및 그를 포함하는 웨어러블 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an alcohol sensor that measures alcohol content using a metal catalyst and a wearable device including the same.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section simply provides background information on embodiments of the present invention and does not constitute prior art.
2018 년 한국의 높은 일인당 연간 알코올 소비량 (8.5 L)으로 인해 알코올성 질환(정신 및 행동장애, 간질환 등)에 대한 전문 치료비용 2,351억을 포함하여 음주관련 사회적 비용이 9조 4천억원에 육박하고 있다. Due to Korea's high per capita annual alcohol consumption (8.5 L) in 2018, drinking-related social costs are approaching KRW 9.4 trillion, including KRW 235.1 billion in professional treatment costs for alcohol-related diseases (mental and behavioral disorders, liver disease, etc.). .
도 1의 (a)를 참고하면, 알코올은 소화가 되지 않고 혈장을 통해 세포나 신체 조직으로 흡수된다. 음주자는 음주 후 위에서 섭취한 알코올의 20 %가 흡수되고, 장에서 알코올의 80 %가 흡수된다. Referring to Figure 1 (a), alcohol is not digested and is absorbed into cells or body tissues through plasma. After drinking, 20% of the alcohol consumed is absorbed from the stomach and 80% of the alcohol is absorbed from the intestines.
체내에 흡수된 알코올의 95 %는 간에서 분해되고, 4 %는 알코올 자체로 호흡 가스, 침, 눈물, 소변 등으로 배출되고, 마지막으로 1 %는 피부를 통해 (경피, transdermal) 직접 배출되며, 경피에서 직접 배출되는 알코올 가스는 배출량이 적고 (수 ppm) 느리게 배출되지만 혈중 알코올 농도 (blood alcohol concentration, BAC)와 상관성이 높다.95% of alcohol absorbed into the body is decomposed in the liver, 4% is excreted as alcohol itself through respiratory gas, saliva, tears, urine, etc., and finally, 1% is excreted directly through the skin (transdermal). Alcohol gas released directly from the transdermis is small (several ppm) and released slowly, but is highly correlated with blood alcohol concentration (BAC).
음주 여부를 판별하기 위해서 널리 사용되는 호흡식 음주 측정 장치는 연료 전지 방식으로 측정시간이 짧고, 휴대형으로 제작된 장비들이 많아 널리 사용되고 있다. Breathing breath alcohol measuring devices, which are widely used to determine drinking, are fuel cell-based, have a short measurement time, and are widely used as there are many portable devices.
도 1의 (b)의 연료전지 기반 알코올 센서는 습도에 의한 오염(fouling) 발생(감응성 감소)하고, 시간에 따른 신호 드리프트(signal drift)가 발생(신뢰도 및 정확도 감소)할 수 있으며, 낮은 수준의 음주량 검출 가능성이 낮다는 문제점이 있다. 도 1의 (c)의 효소 기반 알코올 센서는 연료전지 방식 대비 짧은 사용 수명, 낮은 안정성 및 전도성 등의 문제점 있다.The fuel cell-based alcohol sensor in (b) of Figure 1 may cause fouling due to humidity (reduced sensitivity), signal drift may occur over time (reduced reliability and accuracy), and low level There is a problem that the possibility of detecting the amount of alcohol consumed is low. The enzyme-based alcohol sensor shown in Figure 1 (c) has problems such as short service life, low stability, and conductivity compared to the fuel cell type.
하지만, 이러한 알코올 센서들은 알코올이 포함된 가글에 의한 오류가 발생하고 특히 연속적 측정이 불가능하여 음주 여부 모니터링에는 적합하지 않다. 사용자의 음주 여부 판별 및 의료 및 헬스 케어를 위해 알코올 모니터링 센서가 요구됨에 따라 연속적이 측정이 가능한 알코올 모니터링 센서가 필요하다. However, these alcohol sensors are not suitable for monitoring drinking status because errors occur due to gargling containing alcohol and continuous measurement is not possible. As alcohol monitoring sensors are required to determine whether a user is drinking and for medical and healthcare purposes, an alcohol monitoring sensor capable of continuous measurement is needed.
본 발명은 경피에서 발생하는 체외 가스를 기반으로 연속적인 측정이 가능한 알코올 모니터링 센서에 구현하기 위해 합금 금속 촉매 및 이온성 액체를 도입한 금속 촉매 기반의 알코올 센서 및 그를 포함하는 웨어러블 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.The present invention provides a metal catalyst-based alcohol sensor incorporating an alloy metal catalyst and an ionic liquid to be implemented in an alcohol monitoring sensor capable of continuous measurement based on extracorporeal gases generated in the transdermis, and a wearable device including the same. There is a main purpose.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 알코올 센서는, 상기 알코올 농도를 감지하기 위한 하나의 또는 복수개의 전극들; 및 상기 유체 시료의 포함된 알코올 농도를 감지하기 위하여, 상기 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매를 포함하며, 상기 전극의 일측에 위치하는 금속 촉매층;을 포함할 수 있다. According to one aspect of the present invention, an alcohol sensor for achieving the above object includes one or a plurality of electrodes for detecting the alcohol concentration; and a metal catalyst layer for a reaction to acquire electrons through a reaction with an alcohol component contained in the fluid sample to detect the concentration of alcohol contained in the fluid sample, the metal catalyst layer located on one side of the electrode. may include.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 웨어러블 장치는 하나의 또는 복수개의 전극들, 그리고 상기 유체 시료의 포함된 알코올 농도를 감지하기 위하여, 상기 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매를 포함하며, 상기 전극의 일측에 위치하는 금속 촉매층을 포함하는 알코올 센서; 상기 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 전극으로부터 감지되는 전기적 특성의 변화를 근거로, 상기 알코올 농도를 측정하는 알코올 농도 측정부; 상기 측정된 알코올 농도를 저장하는 메모리; 및 상기 측정된 알코올 농도를 미리 결정된 기준값과 비교하고, 외부로 알코올 농도에 대한 메시지를 전달하기 위한 연산을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다. In addition, according to another aspect of the present invention, a wearable device for achieving the above object includes one or a plurality of electrodes, and an alcohol component contained in the fluid sample to detect the alcohol concentration contained in the fluid sample. An alcohol sensor comprising a metal catalyst layer for a reaction to acquire electrons through a reaction, and a metal catalyst layer located on one side of the electrode; an alcohol concentration measuring unit electrically connected to the electrode and measuring the alcohol concentration based on changes in electrical characteristics detected from the electrode; a memory for storing the measured alcohol concentration; and a processor that compares the measured alcohol concentration with a predetermined reference value and performs an operation to deliver a message about the alcohol concentration to the outside.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 고감도 센서를 구현할 수 있는 효과가 있다. As described above, the present invention has the effect of implementing a highly sensitive sensor.
또한, 본 발명은 센서의 검출 한계를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Additionally, the present invention has the effect of improving the detection limit of the sensor.
또한, 본 발명은 센서의 사용수명을 길게 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Additionally, the present invention has the effect of extending the service life of the sensor.
또한, 본 발명은 알코올 가스(증기) 포집 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Additionally, the present invention has the effect of improving alcohol gas (vapor) collection performance.
도 1은 종래의 알코올 측정 방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 알코올 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 알코올 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 금속 촉매를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 이온성 액체를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 제작 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 제조 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 15은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 실험 방법 및 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서를 포함하는 웨어러블 장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다. Figure 1 is an exemplary diagram for explaining a conventional alcohol measurement method.
Figure 2 is a diagram schematically showing an alcohol sensor according to a first embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram schematically showing an alcohol sensor according to a second embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the structure of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining a metal catalyst of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram for explaining the ionic liquid of the alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flowchart for explaining the manufacturing process of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
8 and 9 are diagrams for explaining an example of manufacturing an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
10 to 15 are diagrams for explaining the test method and test results of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 16 is a block diagram schematically showing a wearable device including an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 금속 촉매 기반의 알코올 센서 및 그를 포함하는 웨어러블 장치에 대해 자세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, preferred embodiments of the present invention will be described below, but the technical idea of the present invention is not limited or restricted thereto, and of course, it can be modified and implemented in various ways by those skilled in the art. Hereinafter, a metal catalyst-based alcohol sensor and a wearable device including the same proposed in the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 알코올 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다. Figure 2 is a diagram schematically showing an alcohol sensor according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1 실시예에 따른 알코올 센서(100)는 베이스(110), 측면 구조체(120, 122), 전극부(130, 132, 134) 및 금속 촉매(140)를 포함한다. 도 2의 알코올 센서(100)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 2에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 알코올 센서(100)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. The
알코올 센서(100)는 체내의 알코올을 측정하기 위한 센서를 의미한다. The
제1 실시예에 따른 알코올 센서(100)는 유체 시료가 투입되면, 금속 촉매 및 금속 촉매와 연결된 전극을 이용하여 유체 시료 내의 알코올을 측정한다. When a fluid sample is input, the
베이스(110)는 알코올 센서(100)의 하측면을 지지하는 구조체를 의미한다. 베이스(110)는 절연성 물질로 형성된다.
측면 구조체(120, 122)는 베이스(110)와 결합되고, 베이스(110)의 양측단에 형성되며, 유체 시료가 투입되는 공간을 형성하기 위한 구조체를 의미한다. The
측면 구조체(120, 122)는 서로 다른 두 개의 구조물로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 연결된 하나의 구조물일 수 있다. The
전극부(130, 132, 134)는 금속 촉매와 반응한 알코올의 농도에 따른 전기화학적 신호를 이용하여 알코올을 측정하는 동작을 수행한다. The
전극부(130, 132, 134)는 하나 또는 적어도 두 개 이상의 전극을 포함하고, 베이스(110)의 상측면에 배치된다. The
전극부(130, 132, 134)는 작업 전극(working electrode, 130), 상대 전극(counter electrode, 132) 및 기준 전극(reference electrode, 134)으로 구성되는 제3 전극계인 것으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 작업 전극 및 기준 전극으로 구성되는 제2 전극계로 구성될 수 있다. 여기서, 작업 전극은 알코올을 실질적으로 측정하기 위한 전극을 의미하고, 상대 전극은 전위가 걸리고 전류가 흐를 수 있도록 하는 전극을 의미한다. 또한, 기준 전극은 작업 전극에 걸리는 전위의 기준을 잡아주는 전극을 의미한다. The
전극부(130, 132, 134) 중 작업 전극의 상측면에는 금속 촉매(140)가 적층되어 형성된다. A
금속 촉매층은 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매(140) 및 금속 촉매(140)가 유체 시료와 접할 수 있도록 금속 촉매를 고정시키는 지지체를 포함한다. The metal catalyst layer includes a
금속 촉매(140)는 유체 시료 내의 알코올과 반응하는 촉매를 의미한다. The
금속 촉매(140)는 작업 전극과 연결되며, 작업 전극에서 알코올 성분에 따른 전기화학신호를 측정할 수 있도록 유체 시료 내의 알코올과 반응한다. The
금속 촉매(140)는 단일 금속 물질로 형성될 수 있다. 금속 촉매(140)는 백금(Pt), 백금을 포함하는 합금을 포함할 수 있다. The
한편, 금속 촉매(140)는 적어도 하나의 물질이 합쳐진 합금 물질로 형성될 수 있다. Meanwhile, the
금속 촉매(140)는 10 ~ 100 at%(atomic percent) 비율 범위 내의 비율로 백금(Pt)를 포함하여 형성될 수 있다. The
금속 촉매(140)는 백금(Pt)과 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 크로뮴(Cr), 로듐(Rh) 중 적어도 하나의 물질(원소)가 합쳐진 합금을 포함하는 형태로 형성될 수 있다. The
또한, 금속 촉매(140)는 백금(Pt)과 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 크로뮴(Cr), 로듐(Rh) 중 적어도 하나의 물질(원소)가 합쳐진 합금을 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 합금을 포함하는 형태로 형성될 수 있다.In addition, the
금속 촉매(140)는 백금(Pt)을 포함하는 합금 물질로 형성되는 경우, 백금(Pt)과 합쳐지는 물질은 금속 물질, 비금속 물질, 금속 물질과 비금속 물질이 결합된 합성 물질 중 적어도 하나일 수 있다. When the
금속 촉매(140)는 유체 시료와의 표면적을 높이도록 지지체 위에 형성될 수 있다. 여기서, 지지체는 카본 계열의 물질로 형성된다. 지지체는 카본 블랙(Carbon black), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 산화 그래핀(graphene oxide), 그라파이트(graphite) 등의 카본 계열 물질로 형성될 수 있다. The
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 알코올 센서를 개략적으로 나타낸 도면이다. Figure 3 is a diagram schematically showing an alcohol sensor according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 알코올 센서(100)는 베이스(110), 측면 구조체(120, 122), 전극부(130, 132, 134), 금속 촉매(140), 이온성 액체(150) 및 투과막(160)을 포함한다. 도 3의 알코올 센서(100)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 3에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 알코올 센서(100)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다. The
알코올 센서(100)는 체내의 알코올을 측정하기 위한 센서를 의미한다. The
제2 실시예에 따른 알코올 센서(100)는 유체 시료가 투입되면, 유체 시료와 이온성 액체가 혼합되며, 혼합된 혼합 액체 내의 알코올이 금속 촉매와 반응하여, 금속 촉매와 연결된 전극을 통해 알코올을 측정한다. 여기서, 유체 시료는 경피에서 발생하는 체외 가스인 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 신체에서 알코올 성분을 포함하여 배출되는 다양한 가스일 수 있다. In the
경피에서 발생하는 체외 가스는 음주를 한 주취자의 신체 피부를 통하여 기화되는 가스로써, 가스 내에 알코올 성분이 포함된다. Extracorporeal gas generated from the transdermis is a gas that vaporizes through the skin of a drunk person's body, and the gas contains alcohol.
도 3의 알코올 센서(100)는 도 2에 도시된 베이스(110), 측면 구조체(120, 122), 전극부(130, 132, 134) 및 금속 촉매(140)를 동일하게 포함하고 있다. 이에, 도 2에 기재된 구성요소의 중복되는 설명은 생략하도록 한다. The
투과막(160)은 경피에서 발생하는 가스 형태의 유체 시료의 가스 성분 전체 또는 일부를 선택적으로 투과하여 알코올 센서(100) 내로 투입되는 유체 시료를 필터링하는 역할을 수행한다. The
투과막(160)은 측면 구조체와 결합된다. 투과막(160)은 측면 구조체(120, 122)의 상측면에 일부면이 접하는 형태로 베이스(110)와 평행하게 대향하여 형성된다. 투과막(160)은 10 ~ 100 μm 사이의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. The
투과막(160)은 폴리머(polymer) 또는 코폴리머(co-polymer)로 형성될 수 있다. The
예를 들어, 투과막(160)은 친수성 지방족 폴리에테르(Hydrophilic aliphatic polyether), 소수성 지방족 폴리에테르(hydrophobic aliphatic polyether), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 열가소성 올레핀(thermoplastic olefin) 및 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane) 으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있다. For example, the
이온성 액체(150)는 투과막(160)을 투과한 유체 시료를 포집하며, 액체 이온 상태로 존재한다. 이온성 액체(150)는 투과막(160)을 통과한 유체 시료(가스)과 혼합되어 유체 시료(가스) 내에 포함된 알코올이 금속 촉매(140)와 반응되도록 센싱 환경을 조성하는 역할을 수행한다. The
이온성 액체(150)는 베이스(110), 측면 구조체(120, 122) 및 투과막(160)으로 둘러 싸여진 구조에 의해 형성된 공간 내에 채워진다. The
본 실시예에 따른 이온성 액체(150)는 이미다졸(Imidazolium), 피롤리디늄(pyrrolidinium), 피리디늄(pyridinium), 피페리디늄(piperidinium), 암모늄(ammonium), 포스포늄(phosphonium) 및 설포늄(sulfonium) 중 적어도 하나의 계열일 수 있다. The
이온성 액체(150)가 이미다졸(Imidazolium) 계인 경우, 이미다졸(Imidazolium) 계의 이온성 액체(150)는 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드(1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오다이드(1-Butyl-3-methylimidazolium iodide), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트(1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate), 1-데실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(1-decyl-3-methylimidazolium chloride) 등을 포함할 수 있다. If the
한편, 이온성 액체(150)가 피롤리디늄(pyrrolidinium) 계인 경우, 피롤리디늄(pyrrolidinium) 계의 이온성 액체(150)는 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)를 포함할 수 있다. Meanwhile, when the
한편, 이온성 액체(150)가 피리디늄(pyridinium) 계인 경우, 피리디늄(pyridinium) 계의 이온성 액체(150)는 1-부틸-4-메틸피리디늄 테트라플루오로보레이트(1-Butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate)를 포함할 수 있다. On the other hand, when the
한편, 이온성 액체(150)가 피페리디늄(piperidinium) 계인 경우, 피페리디늄(piperidinium) 계의 이온성 액체(150)는 1-부틸-1-메틸피페리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-Butyl-1-methylpiperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)를 포함할 수 있다. Meanwhile, when the
한편, 이온성 액체(150)가 암모늄(ammonium) 계인 경우, 암모늄(ammonium) 계의 이온성 액체(150)는 테트라메틸암모늄 아세테이트(Tetramethylammonium acetate), 트리부틸메틸암모늄 클로라이드(Tributylmethylammonium chloride)를 포함할 수 있다. On the other hand, when the
한편, 이온성 액체(150)가 포스포늄(phosphonium) 계인 경우, 포스포늄(phosphonium) 계의 이온성 액체(150)는 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드(trihexyltetradecylphosphonium dicyanamide) 를 포함할 수 있다. Meanwhile, when the
한편, 이온성 액체(150)가 설포늄(sulfonium) 계인 경우, 설포늄(sulfonium) 계의 이온성 액체(150)는 트리에틸설포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(Triethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide) 를 포함할 수 있다.On the other hand, when the
상술한 실시예에서는, 유체 시료와 이온성 액체를 수용하기 위한 알코올 센서(100)의 구조로서 측면 구조체와, 그 하부의 베이스 및 상부의 투과막 등 제시되었다. 측면 구조체와 베이스의 구성은 이러한 구조에만 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 측면 구조체와 베이스는 단일의 물질 또는 일체로 결합되어 형성될 수도 있다. 또한, 이온성 액체나 유체 시료를 수용할 수 있도록, 베이스 내측으로 홈을 형성시키거나, 베이스를 유선형으로 형성시키는 것도 가능하다.In the above-described embodiment, the structure of the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 구조를 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing the structure of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4의 알코올 센서 구조는 제2 실시예에 따른 알코올 센서(100)를 기반으로 제작된 경피용 알코올 센서이다. The alcohol sensor structure in FIG. 4 is a transdermal alcohol sensor manufactured based on the
알코올 센서(100)는 베이스(110) 상에 제3 전극계 기반의 작업 전극(130), 상대 전극(132) 및 기준 전극(134)이 형성된다. The
작업 전극(130)의 상측면에는 금속 촉매(140)가 적층되어 형성된다. A
측면 구조체(120) 및 상측 커버(162)는 사각 구조체의 중앙에 중공이 형성된 형태로 형성되며, 베이스(110) 상에 적층된다. The
측면 구조체(120) 및 상측 커버(162)의 중공 내에는 전극부(130, 132, 134) 및 금속 촉매(140)가 노출된다. The
베이스(110)와 측면 구조체(120)에 의해 형성된 공간에는 이온성 액체(150)가 채워지고, 측면 구조체(120)의 상측면에 일부면이 접하는 형태로 베이스(110)와 평행하게 투과막(160)이 형성된다. The space formed by the
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 금속 촉매를 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining a metal catalyst of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
금속 촉매(140)는 투입된 시료(유체 시료) 내에 포함된 알코올 농도에 따른 전기화학적 반응을 조절한다. The
도 5를 참고하면, 금속 촉매(140)는 백금(Pt) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나, 또는 비금속과 백금(Pt)의 화합물을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, the
금속 촉매(140)를 구성하는 합금은 PtM이고, 여기에서 M은 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 크로뮴(Cr) 및 로듐(Rh)으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. PtM에서, 백금(Pt)에 대한 상대적인 M의 원자 비율(atomic ratio)은 10 ~ 100인 것이 바람직하다. The alloy constituting the
금속 촉매(140)는 백금(Pt)을 포함하는 합금을 사용하여 형성됨에 따라 구조적 효과(Structural Effect)를 가진다. 즉, 합금 기반의 금속 촉매(140)는 격자 상수(lattice parameter)의 변화로 인해 백금(Pt)- 백금(Pt) 간의 결합 거리가 변화하게 된다. The
백금(Pt)을 포함하는 합금을 사용하여 형성됨에 따라 전기적 효과(Electronic Effect)를 가진다. 즉, 합금 기반의 금속 촉매(140)는 활성과 선택성이 향상되고, 백금(Pt)과 일산화탄소(CO)의 결합에너지를 감소시킬 수 있다. 또한, 합금 기반의 금속 촉매(140)는 알코올의 C-C 결합을 파괴시킬 수 있다. As it is formed using an alloy containing platinum (Pt), it has an electrical effect. In other words, the alloy-based
도 5를 참고하면, 금속 촉매(140)는 유체 시료와의 표면적을 높이고, 촉매의 성능 향상을 위하여 지지체 위에 형성될 수 있다. 여기서, 지지체는 카본 계열의 물질로 형성된다. 지지체는 카본 블랙(Carbon black), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 산화 그래핀(graphene oxide), 그라파이트(graphite) 등의 카본 계열 물질로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 5, the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 이온성 액체를 설명하기 위한 도면이다.Figure 6 is a diagram for explaining the ionic liquid of the alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
도 6은 다양한 이온성 액체를 나타낸다. 이온성 액체는 양이온과 음이온으로 구성되어 상온에서 액체 상태로 존재하는 물질이다.Figure 6 shows various ionic liquids. Ionic liquids are substances that are composed of cations and anions and exist in a liquid state at room temperature.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 제작 공정을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 7 is a flowchart for explaining the manufacturing process of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
단계 S1110는, 유체 시료의 가스를 선택적으로 투과하기 위한 투과막을 제조한다. Step S1110 prepares a permeable membrane for selectively permeating the gas of the fluid sample.
단계 S1120는, 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매를 제조한다. Step S1120 prepares a metal catalyst for a reaction that acquires electrons through reaction with the alcohol component contained in the fluid sample.
단계 S1130는, 제조된 금속 촉매를 작업 전극 위에 적층하여 결합한다. In step S1130, the prepared metal catalyst is stacked and combined on the working electrode.
단계 S1140는, 베이스에 전극을 고정하고, 베이스와 평행하게 측면 구조체에 중공을 형성한 후 중공 내에 이온성 액체를 투입한다.In step S1140, the electrode is fixed to the base, a hollow is formed in the side structure parallel to the base, and the ionic liquid is injected into the hollow.
단계 S1150는, 제조된 투과막을 기포가 생성되지 않도록 흡착시켜 센서를 제조한다.In step S1150, a sensor is manufactured by adsorbing the manufactured transparent membrane to prevent bubbles from being generated.
도 7에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 7에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 7은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.In Figure 7, each step is described as being executed sequentially, but it is not necessarily limited to this. In other words, the steps shown in FIG. 7 may be applied by modifying and executing one or more steps in parallel, so FIG. 7 is not limited to a time series order.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 제조 실시예를 설명하기 위한 도면이다.8 and 9 are diagrams for explaining an example of manufacturing an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 알코올 센서(100)를 보다 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는 것으로 해석되는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다.The
<실시예 1> <Example 1>
1. 가스투과막 (Sensing membrane) 제조1. Gas permeable membrane (Sensing membrane) manufacturing
- Lubrizol社의 HP-60D-20를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 400 mg/mL의 농도로 녹인 후 지름이 10 mm 글라스 링(glass ring)에 300 μL을 넣어 온도 20 ℃, 상대습도 10 % 이하 조건에서 오버나이트(overnight)로 건조한다.- Dissolve Lubrizol's HP-60D-20 at a concentration of 400 mg/mL of tetrahydrofuran, then pour 300 μL into a glass ring with a diameter of 10 mm under the conditions of a temperature of 20°C and a relative humidity of 10% or less. Dry overnight.
2. 금속촉매 칵테일(cocktail) 혼합2. Metal catalyst cocktail mixing
- 10 mL 바이알(vial)에 금속촉매 백금(Pt)을 8 mg, H2O (3차 증류수) 1000μL, 나피온(Nafion) 5% 50 μL, 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 500 μL 넣고 30 분 동안 초음파 처리(ultrasonication)한다.- In a 10 mL vial, add 8 mg of metal catalyst platinum (Pt), 1000 μL of H 2 O (tertiary distilled water), 50 μL of Nafion 5%, and 500 μL of isopropyl alcohol (IPA). Ultrasonication for 30 minutes.
3. 금속촉매 분주 및 건조3. Metal catalyst dispensing and drying
- 금속촉매 칵테일(cocktail)을 반자동 디스팬서(semi-auto dispenser)로 3~4 psi, 0.03 sec. 조건으로 전극의 작업전극에 6 회 분주한 뒤, 60 ℃, 상대습도 20 % 이하 조건에서 10 분 건조한다.- Dispense the metal catalyst cocktail using a semi-auto dispenser at 3~4 psi, 0.03 sec. After dispensing 6 times on the working electrode of the electrode, dry for 10 minutes at 60°C and relative humidity of 20% or less.
4. 금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조4. Fabrication of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid
- 두께 1 mm의 방수 양면 테이프에 지름 2 mm의 펀치를 하여 홈을 만든 후 준비된 전극 중 작업 전극이 홈의 정중앙에 위치하도록 붙인 후 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드 (1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)를 15 μL을 채운다. 이후, 준비된 가스투과막을 기포가 생성되지 않도록 흡착시켜 센서를 제조한다.- Make a groove with a diameter of 2 mm on a 1 mm thick waterproof double-sided tape, attach it so that the working electrode of the prepared electrodes is located in the exact center of the groove, and then apply the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium 1-butyl. Fill 15 μL of 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Afterwards, the sensor is manufactured by adsorbing the prepared gas permeable membrane to prevent bubbles from being generated.
<실시예 2> <Example 2>
실시예 1의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 백금 (Pt)을 대신하여 백금니켈 (PtNi)을 12 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 1-2 (metal catalyst cocktail mixing), the same procedure was performed except that 12 mg of platinum nickel (PtNi) was added in place of platinum (Pt).
<실시예 3><Example 3>
1. 가스투과막 (Sensing membrane) 제조1. Gas permeable membrane (Sensing membrane) manufacturing
- Lubrizol社의 HP-60D-20를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 400 mg/mL의 농도로 녹인 후 지름이 8 mm 글라스 링(glass ring)에 250 μL을 넣어 온도 20 ℃, 상대습도 10 % 이하 조건에서 오버나이트(overnight)로 건조한다- After dissolving Lubrizol's HP-60D-20 at a concentration of 400 mg/mL of tetrahydrofuran, add 250 μL to a glass ring with a diameter of 8 mm under the conditions of a temperature of 20 ℃ and a relative humidity of 10% or less. Dry overnight.
2. 금속촉매 칵테일(cocktail) 혼합2. Metal catalyst cocktail mixing
- 10 mL 바이알(vial)에 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-주석 합금(C/PtSn)을 14 mg, H2O (3차 증류수) 800μL, 나피온(Nafion) 5% 50 μL, 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 400 μL 넣고 30 분 동안 초음파 처리(ultrasonication)한다.- 14 mg of platinum-tin alloy (C/PtSn) supported on carbon (C) in a 10 mL vial, 800 μL of H 2 O (tertiary distilled water), 50 μL of Nafion 5%, Add 400 μL of isopropyl alcohol (IPA) and sonicate for 30 minutes.
3. 금속촉매 분주 및 건조3. Metal catalyst dispensing and drying
- 금속촉매 칵테일(cocktail)을 반자동 디스팬서(semi-auto dispenser)로 3~4 psi, 0.03 sec. 조건으로 전극의 작업전극에 6 회 분주한 뒤, 60 ℃, 상대습도 20 % 이하 조건에서 10 분 건조한다.- Dispense the metal catalyst cocktail using a semi-auto dispenser at 3~4 psi, 0.03 sec. After dispensing 6 times on the working electrode of the electrode, dry for 10 minutes at 60°C and relative humidity of 20% or less.
4. 금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조4. Fabrication of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid
- 두께 1 mm의 방수 양면 테이프에 지름 2 mm의 펀치를 하여 홈을 만든 후 준비된 전극 중 작업 전극이 홈의 정중앙에 위치하도록 붙인 후 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)를 15 μL을 채운다. 이후, 준비된 가스투과막을 기포가 생성되지 않도록 흡착시켜 센서를 제조한다.- Make a groove with a diameter of 2 mm on a 1 mm thick waterproof double-sided tape, attach it so that the working electrode of the prepared electrodes is located in the exact center of the groove, and then apply the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoro. Fill 15 μL of borate (1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate). Afterwards, the sensor is manufactured by adsorbing the prepared gas permeable membrane to prevent bubbles from being generated.
<실시예 4> <Example 4>
실시예 3의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-주석 합금(C/PtSn)을 대신하여 탄소(C)에 담지된 백금-니켈 합금(C/PtNi)을 12 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 3-2 (metal catalyst cocktail mixing), platinum-nickel supported on carbon (C) replaced the carbon supported platinum-tin alloy (C/PtSn) supported on carbon (C). The same procedure was performed except that 12 mg of alloy (C/PtNi) was added.
<실시예 5> <Example 5>
실시예 3의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-주석 합금(C/PtSn)을 대신하여 탄소(C)에 담지된 백금-크롬 합금 (C/PtCr)을 12 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 3-2 (metal catalyst cocktail mixing), platinum-chromium supported on carbon (C) replaced the carbon supported platinum-tin alloy (C/PtSn) supported on carbon (C). The same procedure was performed except that 12 mg of alloy (C/PtCr) was added.
<실시예 6> <Example 6>
1. 가스투과막 (Sensing membrane) 제조1. Gas permeable membrane (Sensing membrane) manufacturing
- Lubrizol社의 HP-60D-20를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 400 mg/mL의 농도로 녹인 후 지름이 6 mm 글라스 링(glass ring)에 300 μL을 넣어 온도 20 ℃, 상대습도 10 % 이하 조건에서 오버나이트(overnight)로 건조한다- Dissolve Lubrizol's HP-60D-20 at a concentration of 400 mg/mL of tetrahydrofuran, then pour 300 μL into a glass ring with a diameter of 6 mm under the conditions of a temperature of 20°C and a relative humidity of 10% or less. Dry overnight.
2. 금속촉매 칵테일(cocktail) 혼합2. Metal catalyst cocktail mixing
- 10 mL 바이알(vial)에 탄소(C)에 담지된 백금-니켈 (C/PtNi)을 14 mg, H2O (3차 증류수) 740μL, 나피온(Nafion) 5% 60 μL, 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 400 μL 넣고 30 분 동안 초음파 처리(ultrasonication)한다.- In a 10 mL vial, 14 mg of platinum-nickel (C/PtNi) supported on carbon (C), 740 μL of H 2 O (tertiary distilled water), 60 μL of Nafion 5%, and isopropyl alcohol Add 400 μL of (isopropyl alcohol, IPA) and sonicate for 30 minutes.
3. 금속촉매 분주 및 건조3. Metal catalyst dispensing and drying
- 금속촉매 칵테일(cocktail)을 반자동 디스팬서(semi-auto dispenser)로 3~4 psi, 0.03 sec. 조건으로 전극의 작업전극에 6 회 분주한 뒤, 60 ℃, 상대습도 20 % 이하 조건에서 10 분 건조한다.- Dispense the metal catalyst cocktail using a semi-auto dispenser at 3~4 psi, 0.03 sec. After dispensing 6 times on the working electrode of the electrode, dry for 10 minutes at 60°C and relative humidity of 20% or less.
4. 금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조4. Fabrication of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid
- 두께 1 mm의 방수 양면 테이프에 지름 2 mm의 펀치를 하여 홈을 만든 후 준비된 전극 중 작업 전극이 홈의 정중앙에 위치하도록 붙인 후 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide)를 10 μL을 채운다. 이후, 준비된 가스투과막을 기포가 생성되지 않도록 흡착시켜 센서를 제조한다.- Make a groove with a diameter of 2 mm on a 1 mm thick waterproof double-sided tape, attach it so that the working electrode among the prepared electrodes is located in the exact center of the groove, and then apply the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium bis(tri). Fill 10 μL of 1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide). Afterwards, the sensor is manufactured by adsorbing the prepared gas permeable membrane to prevent bubbles from being generated.
<실시예 7> <Example 7>
실시예 5의 4(금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조)의 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) 대신하여 1-에틸-메틸이미다졸륨 디시안아민 (1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide) 13 μL를 채운 것 이외는 동일하게 행했다.Ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) of Example 5-4 (preparation of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid) ) The same procedure was performed except that 13 μL of 1-ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide was added instead.
<실시예 8> <Example 8>
실시예 5의 4(금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조)의 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) 대신하여 1-뷰틸-4-메틸피리디니움 테트라플루오로보레이트(1-Butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate) 14 μL를 채운 것 이외는 동일하게 행했다.Ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) of Example 5-4 (preparation of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid) ) The same procedure was performed except that 14 μL of 1-Butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate was added instead.
<실시예 9> <Example 9>
실시예 5의 4(금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조)의 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) 대신하여 트리부틸메틸암모늄 클로라이드 (Tributylmethylammonium chloride) 10 μL를 채운 것 이외는 동일하게 행했다.Ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) of Example 5-4 (preparation of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid) ) The same procedure was performed except that 10 μL of tributylmethylammonium chloride was added instead.
<실시예 10> <Example 10>
실시예 5의 4(금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조)의 이온성 액체 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) 대신하여 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드 (trihexyltetradecylphosphonium dicyanamide) 15 μL를 채운 것 이외는 동일하게 행했다.Ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsolfony)imide) of Example 5-4 (preparation of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid) ) The same procedure was performed except that 15 μL of trihexyltetradecylphosphonium dicyanamide was added instead.
<실시예 11> <Example 11>
1. 가스투과막 (Sensing membrane) 제조1. Gas permeable membrane (Sensing membrane) manufacturing
- Lubrizol社의 SG-80A를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 320 mg/mL의 농도로 녹인 후 지름이 6 mm 글라스 링(glass ring)에 200 μL을 넣어 온도 20 ℃, 상대습도 10 % 이하 조건에서 오버나이트(overnight)로 건조한다- After dissolving Lubrizol's SG-80A at a concentration of 320 mg/mL of tetrahydrofuran, pour 200 μL into a glass ring with a diameter of 6 mm and overheat at a temperature of 20°C and a relative humidity of 10% or less. Dry overnight.
2. 금속촉매 칵테일(cocktail) 혼합 (Sensing membrane)2. Metal catalyst cocktail mixing (Sensing membrane)
- 10 mL 바이알(vial)에 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 포함하는 금속촉매 15 mg, H2O (3차 증류수) 700μL, 나피온(Nafion) 5% 40 μL, 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 500 μL 넣고 30 분 동안 초음파 처리(ultrasonication)한다.- 15 mg of metal catalyst containing platinum-ruthenium alloy (C/PtRu) supported on carbon (C) in a 10 mL vial, 700 μL of H 2 O (tertiary distilled water), Nafion Add 40 μL of 5% and 500 μL of isopropyl alcohol (IPA) and sonicate for 30 minutes.
3. 금속 촉매 분주 및 건조3. Metal catalyst dispensing and drying
- 금속촉매 칵테일(cocktail)을 반자동 디스팬서(semi-auto dispenser)로 3~4 psi, 0.03 sec. 조건으로 전극의 작업전극에 6 회 분주한 뒤, 60 ℃, 상대습도 20 % 이하 조건에서 5 분 건조한다.- Dispense the metal catalyst cocktail using a semi-auto dispenser at 3~4 psi, 0.03 sec. After dispensing 6 times on the working electrode of the electrode, dry for 5 minutes at 60°C and relative humidity of 20% or less.
4. 금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조4. Fabrication of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid
- 두께 1 mm의 방수 양면 테이프에 지름 2 mm의 펀치를 하여 홈을 만든 후 준비된 전극 중 작업 전극이 홈의 정중앙에 위치하도록 붙인 후 이온성 액체 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)를 13 μL을 채운다. 이후, 준비된 가스투과막을 기포가 생성되지 않도록 흡착시켜 센서를 제조한다.- Make a groove with a diameter of 2 mm on a 1 mm thick waterproof double-sided tape, attach it so that the working electrode of the prepared electrodes is located in the exact center of the groove, and then apply the ionic liquid 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(tri). Fill 13 μL of 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. Afterwards, the sensor is manufactured by adsorbing the prepared gas permeable membrane to prevent bubbles from being generated.
<실시예 12> <Example 12>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 탄소(C)에 담지된 백금-코발트 합금(C/PtCo)을 13 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), platinum supported on carbon (C) was used instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu). The same procedure was performed except that cobalt alloy (C/PtCo) was added to 13 mg.
<실시예 13> <Example 13>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 탄소(C)에 담지된 백금-팔라듐 합금(C/PtPd)을 15 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), platinum supported on carbon (C) was used instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu). The same procedure was performed except that 15 mg of palladium alloy (C/PtPd) was added.
<실시예 14> <Example 14>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 탄소(C)에 담지된 백금-이리듐 합금(C/PtIr)을 10 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), platinum supported on carbon (C) was used instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu). The same procedure was performed except that 10 mg of iridium alloy (C/PtIr) was added.
<실시예 15> <Example 15>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 탄소(C)에 담지된 백금-니켈 합금(C/PtNi)을 10 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), platinum supported on carbon (C) was used instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu). The same procedure was performed except that 10 mg of nickel alloy (C/PtNi) was added.
<실시예 16> <Example 16>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 탄소(C)에 담지된 백금-크롬 합금(C/PtNi)을 13 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), platinum supported on carbon (C) was used instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu). The same procedure was performed except that 13 mg of chromium alloy (C/PtNi) was added.
<실시예 17> <Example 17>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 그래핀 옥사이드(graphene oxide)에 담지된 백금-니켈 합금(GO/PtNi)을 20 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu) supported on carbon (C), graphene oxide was used. The same procedure was performed except that 20 mg of platinum-nickel alloy (GO/PtNi) was added.
<실시예 18> <Example 18>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 그래핀 옥사이드(graphene oxide)에 담지된 백금-루세늄 합금(GO/PtNi)을 20 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu) supported on carbon (C), graphene oxide was used. The same procedure was performed except that 20 mg of platinum-ruthenium alloy (GO/PtNi) was added.
<실시예 19> <Example 19>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 그래핀 옥사이드(graphene oxide)에 담지된 백금-로듐 합금(GO/PtRh)을 20 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu) supported on carbon (C), graphene oxide was used. The same procedure was performed except that 20 mg of platinum-rhodium alloy (GO/PtRh) was added.
<실시예 20> <Example 20>
실시예 11의 2(금속촉매 칵테일 혼합)의 금촉속매 칵테일 혼합에 있어서, 탄소(C)에 담지한 탄소 담지 백금-루세늄 합금(C/PtRu)을 대신하여 그래핀 옥사이드(graphene oxide)에 담지된 백금-루세늄 합금(GO/PtRu)을 20 mg이 되도록 첨가한 이외는 동일하게 행했다.In the gold catalyst cocktail mixing of Example 11-2 (metal catalyst cocktail mixing), instead of the carbon supported platinum-ruthenium alloy (C/PtRu) supported on carbon (C), graphene oxide was used. The same procedure was performed except that 20 mg of platinum-ruthenium alloy (GO/PtRu) was added.
<실시예 21> <Example 21>
1. 가스투과막 (Sensing membrane) 제조1. Manufacturing of gas permeable membrane (Sensing membrane)
- Lubrizol社의 HP-60D-30를 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 320 mg/mL의 농도로 녹인 후 지름이 6 mm 글라스 링(glass ring)에 200 μL을 넣어 온도 20 ℃, 상대습도 10 % 이하 조건에서 오버나이트(overnight)로 건조한다- Dissolve Lubrizol's HP-60D-30 at a concentration of 320 mg/mL of tetrahydrofuran, then pour 200 μL into a glass ring with a diameter of 6 mm under the conditions of a temperature of 20°C and a relative humidity of 10% or less. Dry overnight.
2. 금속촉매 칵테일(cocktail) 혼합 (Sensing membrane)2. Metal catalyst cocktail mixing (Sensing membrane)
- 10 mL 바이알(vial)에 카본나노튜브(carbon nanotube)에 담지한 탄소 담지 백금-니켈 합금(CNT/PtNi)을 포함하는 금속촉매 20 mg, H2O (3차 증류수) 700μL, 나피온(Nafion) 5% 40 μL, 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 500 μL 넣고 30 분 동안 초음파 처리(ultrasonication)한다.- In a 10 mL vial, 20 mg of metal catalyst containing carbon-supported platinum-nickel alloy (CNT/PtNi) supported on carbon nanotubes, 700 μL of H 2 O (tertiary distilled water), Nafion ( Add 40 μL of Nafion 5% and 500 μL of isopropyl alcohol (IPA) and sonicate for 30 minutes.
3. 금속 촉매 분주 및 건조3. Metal catalyst dispensing and drying
- 금속촉매 칵테일(cocktail)을 반자동 디스팬서(semi-auto dispenser)로 3~4 psi, 0.03 sec. 조건으로 전극의 작업전극에 3 회 분주한 뒤, 60 ℃, 상대습도 20 % 이하 조건에서 5 분 건조한다.- Dispense the metal catalyst cocktail using a semi-auto dispenser at 3~4 psi, 0.03 sec. After dispensing 3 times on the working electrode of the electrode, dry for 5 minutes at 60°C and relative humidity of 20% or less.
4. 금속 촉매 및 이온성 액체가 도입된 알코올 센서 제조4. Fabrication of alcohol sensor incorporating metal catalyst and ionic liquid
- 두께 1 mm의 방수 양면 테이프에 지름 2 mm의 펀치를 하여 홈을 만든 후 준비된 전극 중 작업 전극이 홈의 정중앙에 위치하도록 붙인 후 이온성 액체 1-부틸-4-메틸피리디늄 테트라플루오로보레이트(1-Butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate)를 10 μL을 채운다. 이후, 준비된 가스투과막을 기포가 생성되지 않도록 흡착시켜 센서를 제조한다.- Make a groove with a diameter of 2 mm on a 1 mm thick waterproof double-sided tape, attach it so that the working electrode of the prepared electrodes is located in the exact center of the groove, and then add the ionic liquid 1-butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate. Fill 10 μL of (1-Butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate). Afterwards, the sensor is manufactured by adsorbing the prepared gas permeable membrane to prevent bubbles from being generated.
도 10 내지 도 15은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서의 실험 방법 및 실험 결과를 설명하기 위한 도면이다.10 to 15 are diagrams for explaining the test method and test results of an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
<실험 방법><Experiment method>
경피용 알코올 센서의 실험에서 사용되는 알코올 성분을 포함하는 유체 시료는 경피에서 발생하는 체외 가스를 이용한다. The fluid sample containing alcohol used in the experiment of the transdermal alcohol sensor uses extracorporeal gas generated from the transdermis.
경피용 알코올 센서의 측정 결과는 아래와 같은 방식으로 혈중 알코올 농도와 경피 측정 결과를 비교할 수 있다. The measurement results of the transdermal alcohol sensor can be compared with the blood alcohol concentration and transdermal measurement results in the following manner.
도 10를 참고하면, 혈중알코올농도 0.1 %는 100 ml 혈액속에 알코올이 0.1 g 함유한 것으로 가정하여, 알코올 비중 (0.8 g/ml)으로 계산하면 0.1 %BAC = 80 mg/100ml로 계산할 수 있다. 이에, 80 mg/100ml을 ppm으로 환산하면 800 ppm으로 계산할 수 있다.Referring to FIG. 10, assuming that 0.1 g of alcohol is contained in 100 ml of blood, a blood alcohol concentration of 0.1% can be calculated as 0.1% BAC = 80 mg/100ml when calculated using the alcohol specific gravity (0.8 g/ml). Therefore, if 80 mg/100ml is converted to ppm, it can be calculated as 800 ppm.
<실험 결과 및 성능 평가> <Experiment results and performance evaluation>
도 11의 (a)는 경피용 알코올 센서를 통해 시간의 흐름에 따라 알코올 가스 농도별로 전극에서 출력되는 전류의 변화에 대한 알코올 감도를 나타낸다. Figure 11 (a) shows alcohol sensitivity to changes in current output from the electrode according to alcohol gas concentration over time through a transdermal alcohol sensor.
도 11의 (b)는 알코올 가스 농도별 전류 간의 상관 관계를 나타낸 알코올 검정 곡선을 나타낸다.Figure 11 (b) shows an alcohol calibration curve showing the correlation between currents for each alcohol gas concentration.
도 12은 연속 모니터링이 가능한 경피용 알코올 센서의 사용 수명에 관한 실험 결과를 나타낸다. 약 40 일이 경과할 때까지 알코올 측정 성능이 유지되는 것을 확인할 수 있다. Figure 12 shows experimental results regarding the service life of a transdermal alcohol sensor capable of continuous monitoring. It can be confirmed that the alcohol measurement performance is maintained until about 40 days have passed.
도 13은 금속촉매 및 이온성 액체가 도입된 경피 측정용 알코올 센서의 습도 영향 평가를 나타낸다. Figure 13 shows the evaluation of the humidity effect of the alcohol sensor for transdermal measurement in which a metal catalyst and an ionic liquid are introduced.
도 13에서는 알코올 성분이 측정된 시간(약 1000 sec)에서부터 습도를 25 %에서 100 %로 증가시켜 습도 변화에 따른 전류 변화를 나타낸다. Figure 13 shows the change in current according to the change in humidity by increasing the humidity from 25% to 100% from the time the alcohol component was measured (about 1000 sec).
도 14의 (a)는 경피용 알코올 센서에서 온도의 변화에 따른 전류의 변화를 나타낸다. 도 14의 (b)는 경피용 알코올 센서의 동작 시 측정 온도에 따른 전류 변화를 나타낸다. 경피용 알코올 센서에서 는 온도가 증가함에 따라 전류값도 증가하는 것을 확인할 수 있다. Figure 14 (a) shows the change in current according to the change in temperature in the transdermal alcohol sensor. Figure 14 (b) shows the change in current according to the measurement temperature during operation of the transdermal alcohol sensor. In the transdermal alcohol sensor, it can be seen that the current value increases as the temperature increases.
도 15은 금속촉매 및 이온성 액체가 도입된 경피 측정용 알코올 센서의 주취자 평가를 나타낸다. Figure 15 shows the evaluation of a drunken person's transdermal alcohol sensor incorporating a metal catalyst and ionic liquid.
도 15의 (a)에서는 제1 주취자의 경피 알코올 감응 결과를 나타내고, 도 15의 (b)에서는 제2 주취자의 경피 알코올 감응 결과를 나타낸다. 두 주취자는 음주 후 각각 20분, 32분 이후부터 경피에서 알코올 증기가 발생한 것을 확인할 수 있다. 도 15의 그래프에서 점은 호흡기 방식의 알코올 측정기의 측정 결과를 나타내며, 본 발명의 경피용 알코올 센서의 측정 결과와 거의 유사한 경향성을 보여주는 것을 확인할 수 있다. Figure 15(a) shows the results of transdermal alcohol sensitivity of the first drunk, and Figure 15(b) shows the results of transdermal alcohol sensitivity of the second drunk. It can be seen that alcohol vapor was generated from the skin of the two drunkards 20 and 32 minutes after drinking, respectively. In the graph of FIG. 15, the dots represent the measurement results of the respiratory-type alcohol meter, and it can be seen that they show almost similar trends to the measurement results of the transdermal alcohol sensor of the present invention.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 알코올 센서를 포함하는 웨어러블 장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다. Figure 16 is a block diagram schematically showing a wearable device including an alcohol sensor according to an embodiment of the present invention.
알코올 농도를 연속적으로 모니터링하기 위한 웨어러블 기기는 하나의 또는 복수개의 전극들, 그리고 상기 유체 시료의 포함된 알코올 농도를 감지하기 위하여, 상기 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매를 포함하며, 상기 전극의 일측에 위치하는 금속 촉매층을 포함하는 알코올 센서; 상기 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 전극으로부터 감지되는 전기적 특성의 변화를 근거로, 상기 알코올 농도를 측정하는 알코올 농도 측정부; 상기 측정된 알코올 농도를 저장하는 메모리; 및 상기 측정된 알코올 농도를 미리 결정된 기준값과 비교하고, 외부로 알코올 농도에 대한 메시지를 전달하기 위한 연산을 수행하는 프로세서를 포함한다. A wearable device for continuously monitoring alcohol concentration includes one or a plurality of electrodes, and acquires electrons through a reaction with the alcohol component contained in the fluid sample to detect the alcohol concentration contained in the fluid sample. an alcohol sensor including a metal catalyst for reaction and a metal catalyst layer located on one side of the electrode; an alcohol concentration measuring unit electrically connected to the electrode and measuring the alcohol concentration based on changes in electrical characteristics detected from the electrode; a memory for storing the measured alcohol concentration; and a processor that compares the measured alcohol concentration with a predetermined reference value and performs an operation to deliver a message about the alcohol concentration to the outside.
웨어러블 기기의 알코올 센서는 절연성의 베이스와, 상기 베이스와 결합하여, 상기 유체 시료를 가두기 위한 측면 구조체를 더욱 포함한다. 여기서, 상기 하나의 또는 복수개의 전극들은 상기 베이스 위에 배치되고, 상기 금속 촉매층은, 상기 금속 촉매가 상기 유체 시료와 접할 수 있도록 상기 금속 촉매를 고정시키는 지지체를 더욱 포함한다. The alcohol sensor of the wearable device further includes an insulating base and a side structure coupled to the base to confine the fluid sample. Here, the one or plurality of electrodes are disposed on the base, and the metal catalyst layer further includes a support for fixing the metal catalyst so that the metal catalyst can contact the fluid sample.
이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an exemplary explanation of the technical idea of the embodiments of the present invention, and those skilled in the art can make various modifications and modifications without departing from the essential characteristics of the embodiments of the present invention. Transformation will be possible. Accordingly, the embodiments of the present invention are not intended to limit but to explain the technical idea of the embodiment of the present invention, and the scope of the technical idea of the embodiment of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the embodiments of the present invention should be interpreted in accordance with the claims below, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the embodiments of the present invention.
Claims (14)
상기 알코올 농도를 감지하기 위한 하나의 또는 복수개의 전극들; 및
상기 유체 시료의 포함된 알코올 농도를 감지하기 위하여, 상기 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매를 포함하며, 상기 전극의 일측에 위치하는 금속 촉매층;을 포함하는, 알코올 센서.In the alcohol sensor that detects the alcohol concentration of a fluid sample,
One or more electrodes for detecting the alcohol concentration; and
In order to detect the concentration of alcohol contained in the fluid sample, a metal catalyst layer located on one side of the electrode and comprising a metal catalyst for a reaction to obtain electrons through a reaction with an alcohol component contained in the fluid sample; Including, alcohol sensor.
상기 알코올 센서는 절연성의 베이스를 더욱 포함하고,
상기 하나의 또는 복수개의 전극들은 상기 베이스 위에 배치되고,
상기 알코올 센서는 상기 베이스와 결합하여, 상기 유체 시료를 가두기 위한 측면 구조체를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 알코올 센서.According to claim 1,
The alcohol sensor further includes an insulating base,
The one or more electrodes are disposed on the base,
The alcohol sensor is coupled to the base and further includes a side structure for confining the fluid sample.
상기 금속 촉매층은, 상기 금속 촉매가 상기 유체 시료와 접할 수 있도록 상기 금속 촉매를 고정시키는 지지체를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 알코올 센서. According to claim 1,
The metal catalyst layer further includes a support for fixing the metal catalyst so that the metal catalyst can come into contact with the fluid sample.
상기 유체 시료는 알코올 농도를 측정하고자 하는 측정 대상자의 경피에서 발생한 가스이고,
상기 알코올 센서는,
상기 유체 시료를 선택적으로 투과시키며, 상기 측면 구조체와 결합되는 투과막; 및
상기 투과막을 투과한 상기 유체 시료를 포집하며, 액체 이온 상태로 존재하는 이온성 액체를 더 포함하는, 알코올 센서.According to clause 2,
The fluid sample is a gas generated from the transdermis of a person whose alcohol concentration is to be measured,
The alcohol sensor is,
a permeable membrane that selectively transmits the fluid sample and is coupled to the side structure; and
An alcohol sensor that collects the fluid sample that has passed through the permeable membrane and further includes an ionic liquid that exists in a liquid ionic state.
상기 금속 촉매는, 백금(Pt) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나이거나, 또는 비금속과 백금(Pt)의 화합물인 것을 특징으로 하는, 알코올 센서.According to clause 3,
The metal catalyst is one selected from the group consisting of platinum (Pt) and alloys thereof, or a compound of a base metal and platinum (Pt).
상기 합금은 PtM이고, 여기에서 M은 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 코발트(Co), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 크로뮴(Cr) 및 로듐(Rh)으로부터 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하며,
상기 지지체는 카본 블랙(Carbon black), 카본 나노튜브(carbon nanotube), 그래핀(graphene), 산화 그래핀(graphene oxide) 및 그라파이트(graphite) 중 적어도 하나의 카본 계열 물질로부터 선택되는 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 알코올 센서.According to clause 5,
The alloy is PtM, where M is selected from the group consisting of nickel (Ni), ruthenium (Ru), cobalt (Co), palladium (Pd), iridium (Ir), chromium (Cr) and rhodium (Rh). Contains at least one,
The support includes at least one carbon-based material selected from carbon black, carbon nanotube, graphene, graphene oxide, and graphite. An alcohol sensor, characterized in that.
상기 PtM에서, 백금에 대한 상대적인 M의 원자 비율(atomic ratio)은 10 ~ 100인 것을 특징으로 하는, 알코올 센서.According to clause 6,
In the PtM, the atomic ratio of M relative to platinum is 10 to 100.
상기 복수개의 전극들은,
작업 전극(working electrode), 상대 전극(counter electrode) 및 기준 전극(reference electrode)을 포함하는 제3 전극계; 또는
작업 전극 및 기준 전극을 포함하는 제2 전극계이며, 상기 금속 촉매층은 상기 작업 전극의 일면에 형성되는 것을 특징으로 하는, 알코올 센서.According to paragraph 1,
The plurality of electrodes are,
a third electrode system including a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode; or
An alcohol sensor comprising a second electrode system including a working electrode and a reference electrode, wherein the metal catalyst layer is formed on one surface of the working electrode.
상기 투과막은, 폴리머(polymer) 또는 코폴리머(co-polymer)를 포함하며, 상기 폴리머 또는 상기 코폴리머는,
친수성 지방족 폴리에테르(Hydrophilic aliphatic polyether), 소수성 지방족 폴리에테르(hydrophobic aliphatic polyether), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene), 열가소성 올레핀(thermoplastic olefin) 및 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 알코올 센서.According to paragraph 4,
The permeable membrane includes a polymer or co-polymer, and the polymer or co-polymer is,
Hydrophilic aliphatic polyether, hydrophobic aliphatic polyether, polyester, polyethylene, polytetrafluoroethylene, thermoplastic olefin and thermoplastic polyurethane. An alcohol sensor comprising at least one selected from the group consisting of (thermoplastic polyurethane).
상기 투과막은,
상기 측면 구조체의 상측면에 일부면이 접하는 형태로 상기 베이스와 대향하여 형성되고, 두께는 10 ~ 100 μm 인 것을 특징으로 하는, 알코올 센서.According to clause 9,
The permeable membrane is,
An alcohol sensor, characterized in that it is formed opposite the base in a form in which a part of the surface is in contact with the upper side of the side structure, and has a thickness of 10 to 100 μm.
상기 이온성 액체는 하나의 양이온과 하나의 음이온을 포함하며,
상기 양이온은 이미다졸(Imidazolium), 피롤리디늄(pyrrolidinium), 피리디늄(pyridinium), 피페리디늄(piperidinium), 암모늄(ammonium), 포스포늄(phosphonium) 및 설포늄(sulfonium)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 알코올 센서.According to paragraph 4,
The ionic liquid contains one cation and one anion,
The cation is selected from the group consisting of imidazole, pyrrolidinium, pyridinium, piperidinium, ammonium, phosphonium, and sulfonium. An alcohol sensor, comprising at least one of:
상기 이온성 액체는 양이온 또는 음이온을 포함하고, 상기 양이온은,
이미다졸(Imidazolium) 계의 이온성 액체로서, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디시안아미드(1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 요오다이드(1-Butyl-3-methylimidazolium iodide), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트(1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate) 및 1-데실-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(1-decyl-3-methylimidazolium chloride)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하거나,
피롤리디늄(pyrrolidinium) 계의 이온성 액체로서, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)를 포함하거나,
피리디늄(pyridinium) 계의 이온성 액체로서, 1-부틸-4-메틸피리디늄 테트라플루오로보레이트(1-Butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate)를 포함하거나,
피페리디늄(piperidinium) 계의 이온성 액체로서, 1-부틸-1-메틸피페리디늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(1-Butyl-1-methylpiperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)를 포함하거나,
암모늄(ammonium) 계의 이온성 액체로서, 테트라메틸암모늄 아세테이트(Tetramethylammonium acetate), 트리부틸메틸암모늄 클로라이드(Tributylmethylammonium chloride) 를 포함하거나,
포스포늄(phosphonium) 계의 이온성 액체로서, 포스포늄(phosphonium) 계의 이온성 액체(150)는 트리헥실테트라데실포스포늄 디시안아미드(trihexyltetradecylphosphonium dicyanamide) 를 포함하거나,
설포늄(sulfonium) 계의 계의 이온성 액체로서, 트리에틸설포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)이미드(Triethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 알코올 센서.According to paragraph 4,
The ionic liquid contains cations or anions, and the cations are,
Imidazolium-based ionic liquid, 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, 1-butyl-3-methylimidazolium bis(tri) 1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide), 1-Ethyl-3-methylimidazolium dicyanamide, 1-butyl -3-Butyl-3-methylimidazolium iodide, 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate and 1-decyl- Contains at least one selected from the group consisting of 3-methylimidazolium chloride (1-decyl-3-methylimidazolium chloride),
It is a pyrrolidinium-based ionic liquid and contains 1-Butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. do or,
A pyridinium-based ionic liquid containing 1-Butyl-4-methylpyridinium tetrafluoroborate, or
It is a piperidinium-based ionic liquid and contains 1-Butyl-1-methylpiperidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide. do or,
An ammonium-based ionic liquid containing tetramethylammonium acetate or tributylmethylammonium chloride, or
As a phosphonium-based ionic liquid, the phosphonium-based ionic liquid 150 includes trihexyltetradecylphosphonium dicyanamide, or
An alcohol sensor that is a sulfonium-based ionic liquid, characterized in that it contains triethylsulfonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide.
하나의 또는 복수개의 전극들, 그리고 상기 유체 시료의 포함된 알코올 농도를 감지하기 위하여, 상기 유체 시료에 포함된 알코올 성분과의 반응을 통해 전자를 획득하는 반응을 위한 금속 촉매를 포함하며, 상기 전극의 일측에 위치하는 금속 촉매층을 포함하는 알코올 센서;
상기 전극과 전기적으로 연결되어, 상기 전극으로부터 감지되는 전기적 특성의 변화를 근거로, 상기 알코올 농도를 측정하는 알코올 농도 측정부;
상기 측정된 알코올 농도를 저장하는 메모리; 및
상기 측정된 알코올 농도를 미리 결정된 기준값과 비교하고, 외부로 알코올 농도에 대한 메시지를 전달하기 위한 연산을 수행하는 프로세서를 포함하는, 웨어러블 장치.In a wearable device for continuously monitoring alcohol concentration,
One or a plurality of electrodes, and a metal catalyst for a reaction to obtain electrons through a reaction with an alcohol component contained in the fluid sample to detect the concentration of alcohol contained in the fluid sample, the electrode An alcohol sensor including a metal catalyst layer located on one side of;
an alcohol concentration measuring unit electrically connected to the electrode and measuring the alcohol concentration based on changes in electrical characteristics detected from the electrode;
a memory for storing the measured alcohol concentration; and
A wearable device comprising a processor that compares the measured alcohol concentration with a predetermined reference value and performs an operation to deliver a message about the alcohol concentration to the outside.
상기 알코올 센서는 절연성의 베이스와,
상기 베이스와 결합하여, 상기 유체 시료를 가두기 위한 측면 구조체를 더욱 포함하며,
상기 하나의 또는 복수개의 전극들은 상기 베이스 위에 배치되고,
상기 금속 촉매층은, 상기 금속 촉매가 상기 유체 시료와 접할 수 있도록 상기 금속 촉매를 고정시키는 지지체를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 웨어러블 장치.
According to clause 14,
The alcohol sensor includes an insulating base,
In combination with the base, it further includes a side structure for confining the fluid sample,
The one or more electrodes are disposed on the base,
The metal catalyst layer further includes a support for fixing the metal catalyst so that the metal catalyst can come into contact with the fluid sample.
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