WO2020060194A1 - 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 고분자 및 이를 이용한 전기화학적 바이오센서 - Google Patents

폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 고분자 및 이를 이용한 전기화학적 바이오센서 Download PDF

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unsubstituted
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신현서
양보나
정인석
강영재
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주식회사 아이센스
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    • C08G65/02—Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from cyclic ethers by opening of the heterocyclic ring
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    • C08G65/329—Polymers modified by chemical after-treatment with organic compounds
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    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
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    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables

Definitions

  • the present invention relates to an oxidation-reduction polymer that can be used for the polymer backbone of the electrochemical sensor, specifically the electron transport medium of the electrochemical sensor, and more specifically, a repeating unit derived from allylglycidyl ether. It relates to an oxidation-reduction polymer that can be used in a polyallylglycidyl ether-based electrochemical sensor, an electron transport medium and an electrochemical sensor including the same.
  • biosensors using enzymes are chemical sensors that are used to selectively detect and measure chemical substances contained in samples by using biological detection functions in which organisms, such as functional substances or microorganisms, react sensitively with specific substances. It has been developed for medical measurement applications such as sensors, and research is also actively conducted in other fields of food engineering and environmental measurement.
  • Periodic measurement of blood sugar is very important in diabetes management, and various blood glucose meters have been manufactured to measure blood sugar easily using a portable measuring instrument.
  • the operating principle of such a biosensor is based on an optical method or an electrochemical method, and unlike the biosensor by a conventional optical method, the electrochemical biosensor can reduce the influence of oxygen, and the sample may be turbid even if the sample is turbid. It has the advantage that it can be used without additional pretreatment. Therefore, various types of electrochemical biosensors with accuracy and precision are widely used.
  • the continuous glucose monitoring (CGM) system is used to continuously monitor blood sugar to manage diseases such as diabetes.
  • CGM continuous glucose monitoring
  • Existing enzyme sensors that collect blood from the fingertips suffer considerable pain due to needles during blood collection. Because it limits the frequency of measurement, it cannot be used for these CGMs.
  • an improved version of the enzyme sensor that can be attached to the body to minimize invasion has been developed.
  • the present inventors require that the manufacturing step as a multi-functional redox polymer is relatively easy, and it is possible to easily adjust the characteristics of the polymer mainframe, and to facilitate the introduction of additives having various functionalities to the polymer mainframe.
  • the manufacturing step as a multi-functional redox polymer is relatively easy, and it is possible to easily adjust the characteristics of the polymer mainframe, and to facilitate the introduction of additives having various functionalities to the polymer mainframe.
  • repeated research was conducted.
  • the polyallylglycidyl ether-based polymer was used, it was unexpectedly confirmed that all of the above-described requirements could be satisfactorily met, and the present invention was completed.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and the object of the present invention can be prepared in a simple step compared to the existing ones, and it is possible to control the molecular weight of the polymer through anionic polymerization while fixing the transition metal complex. It is to provide a polymer precursor for producing an oxidation-reduction polymer for an electron transport medium, an oxidation-reduction polymer for an electron transport medium composed of the polymer precursor, and a method for manufacturing the same, which has an increased conversion rate and is easy to introduce a functional group or a linker.
  • Another object of the present invention is to provide an electron transport medium and an electrochemical biosensor comprising a transition metal complex and the oxidation-reduction polymer.
  • the present invention is a precursor for producing a polyallyl glycidyl ether-based redox polymer containing a repeating unit derived from allyl glycidyl ether.
  • An oxidation-reduction polymer for a high electrochemical biosensor comprising the precursor and a transition metal complex, an electron transfer medium comprising an oxidation-reduction polymer for an electrochemical biosensor prepared therefrom, and an electrochemical biosensor comprising the same, such as blood glucose It is about a sensor.
  • the transition metal complex can be immobilized with high efficiency, so that the toxicity or side effect problems that may occur due to the outflow of the transition metal complex are remarkably low, and the functional groups have various functionalities in the skeleton of the polymer polymer. Since it has the advantage of being easy to introduce and can be configured as a block copolymer form, it is useful as an electron carrier skeleton of an electrochemical biosensor such as a blood glucose measurement sensor.
  • FIG. 2 is a graph measuring the performance of a simple Os complex (Os-1, Os-2, Os-3, Os-4, and Os-5) as a transmission medium using a cyclic voltammetry method.
  • Figure 3 is a polyallyl glycidyl ether-based polymer and Os complex (RP-1, RP-2 and RP-3) of the present invention according to the present invention, the performance of the oxidation-reduction polymer as a transfer medium cyclic voltammetry It is a graph measured using.
  • the polymer for preparing the oxidation-reduction polymer material according to the present invention is based on a polyallyl glycidyl ether, and specifically includes a repeating unit derived from allyl glycidyl ether, a polymer of an oxidation-reduction polymer material Used as a precursor.
  • the polymer may form an oxidation-reduction polymer material for an electron transfer medium together with a crosslinked material and a transition metal complex having a reactor comprising a group selected from the group consisting of azide groups, epoxy groups and amine groups.
  • Non-limiting examples of the polymer include polyallyl glycidyl ether (PAGE) homopolymer, polyallyl glycidyl ether-polymethyl methacrylate (PAGE-PMMA) copolymer, polyallyl glycidyl ether- Polyethylene oxide (PAGE-PEO) copolymer, polyallyl glycidyl ether-polystyrene (PAGE-PS) copolymer, polystyrene-polyallyl glycidyl ether-polyethylene oxide (PS-PAGEPEO) copolymer, and polymethyl meta It may be one or more selected from the group consisting of acrylate-polyallylglycidyl ether-polyethylene oxide (PMMA-PAGE-PEO) copolymer, but is not limited thereto.
  • PAGE-PMMA polyallyl glycidyl ether-polymethyl methacrylate
  • PAGE-PEO polyallyl glycidy
  • the copolymer may be an alternating copolymer, a random copolymer, a block copolymer, or a graft copolymer.
  • the copolymer may be a block copolymer.
  • the polymer is a diblock copolymer, for example, PAGE-b-PMMA, PAGE-b-PEO, PAGE-b-PS, PAGE-b-PVP, PAGE-b-PVI Or PAGE-b-PU, also as a triblock copolymer, eg PS-b-PAGE-b-PS, PMMA-b-PAGE-b-PMMA, PEO-b-PAGE- b-PEO, PEO-b-PAGE-PS, PEO-b-PAGE-b-PMMA.
  • the polyallylglycidyl ether-based polymer may have a weight average molecular weight in the range of 1,000 g / mol to 500,000 g / mol, for example, 10,000 g / mol to 20,000 g / mol.
  • the polyallyl glycidyl ether-based polymer contains an allyl group having a double bond for each repeat unit, so that various chemical reactors are clicked by a click reaction, for example, a thiol-ene reaction. It can be easily introduced, and can also be crosslinked through heat treatment and subsequent processes (for example, irradiation of light) to form an electron transfer medium. In relation to the heat treatment and subsequent processes as described above, the oxidation-reduction polymers of the PVI and PVP skeletons according to the prior art are also added with additional crosslinking materials in order to be finally doped and immobilized on the sensor membrane.
  • the click chemistry is an approach first proposed by Professor Barry Sharpless of the United States in 2001 in order to more effectively create new substances needed for new drug development (Sharpless, KB et al. , Angew. Chem. Int Ed. 40, 2001 , 2004-2021) These are reactions that can easily synthesize various molecules with very high selectivity and efficiency under relatively simple reaction conditions.
  • the polyallylglycidyl ether in the redox polymer according to the present invention may be prepared through anionic polymerization as shown in Scheme 2 below.
  • potassium naphthelenide is used as an initiator, but is not limited thereto.
  • benzyl alcohol or 1,10-decanediol is dissolved in anhydrous tetrahydrofuran in an argon atmosphere
  • potassium naphthalene is added dropwise as an initiator and stirred while allyl glycidyl ether is added to the reaction mixture.
  • 1-azido-11-undecanthiol was used to introduce functional groups through a thiol-n click reaction.
  • a polyallylglycidyl ether based polymer was prepared.
  • the polymer based on polyallylglycidyl ether according to the present invention may be a starting material for manufacturing an electron transport medium used in an electrochemical sensor.
  • the polymer based on polyallylglycidyl ether is composed of amine group, ammonium group, halogen group, epoxy group, azide group, acrylate group, alkenyl group, alkynyl group, thiol group, isocyanate, alcohol group and silane group. It may also be a polymer (precursor) functionalized with the introduction of a functional group selected from the group. The introduction of such a functional group can be achieved by a crosslinking material having the functional group.
  • the crosslinking material is appropriately selected from those having a functional group selected from the group consisting of amine groups, ammonium groups, halogen groups, epoxy groups, azide groups, acrylate groups, alkenyl groups, alkynyl groups, thiol groups, isocyanates, alcohol groups and silane groups. However, it may be preferably a thiol-based compound having the functional group.
  • these polymers can have the structures of Formulas 1 and 2 below:
  • R T and R L are each independently a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted ethylene glycol group having 3 to 30 carbon atoms.
  • PS polystyrene
  • PEG or PEO polyethylene glycol
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • polyvinyl It is selected from the group of polymers such as imidazole
  • the L 1 to L 2 are each independently a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted ethylene glycol having 3 to 30 carbon atoms.
  • Col group a substituted or unsubstituted arylene group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroarylene group having 3 to 30 carbon atoms.
  • the A D1 to A D2 are from the group consisting of primary and secondary amine groups, ammonium groups, halogen groups, epoxy groups, azide groups, acrylate groups, alkenyl groups, alkynyl groups, thiol groups, isocyanates, alcohol groups and silane groups. Is selected.
  • O is an integer from 10 to 300;
  • P is an integer from 0 to 300;
  • Q is an integer from 10 to 300.
  • the method for preparing the polymer composed of the functionalized Formula 1 or 2, as shown in Scheme 3, is irradiated with polyallylglycidyl ether and a thiol-based compound having various reactors mentioned above in the presence of a photoinitiator (UV). It may be performed through, but is not limited to.
  • photoinitiators are 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone (DMPA), benzoyl peroxide, 2,2-diethoxyacetophenone, 3-hydroxy acetophenone, 1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone, benzophenone , 2-hydroxy-2-methyl propiophenone, 2,2-diethoxy acetophenone, 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenone, or a combination thereof, but is not limited thereto. .
  • DMPA 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone
  • benzoyl peroxide 2,2-diethoxyacetophenone
  • 3-hydroxy acetophenone 1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone
  • benzophenone 2-hydroxy-2-methyl propiophenone
  • 2,2-diethoxy acetophenone 2,2-dimethoxy-2-phenyl-acetophenone
  • a combination thereof but is not limited thereto.
  • the irradiated light is, for example, light in a wavelength range of 280 to 500 nm, 10 minutes to 4 minutes. It can be done by irradiating for a period of time.
  • DMPA 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone
  • a polyallyl glycidyl ether and a thiol-based compound having various reactors mentioned above are heated in the presence of a radical initiator (thermal initiator) as shown in Reaction Scheme 4 below. It may be performed through, but is not limited to.
  • radical initiators are 2,2'-azobisisobutyronitrile (2,2'-azobisisobutyronitrile: AIBN), 2,2'-azobis-2,4-dimethyl valeronitrile (2,2'-azobis- 2,4-dimethyl valeronitrile), dimethyl 2,2'-azobis (isobuttrate), 2,2'-azobis (4-methoxy valeronitrile) ( 2,2'-azobis (4-methoxy valeronitrile)), one or more of benzoyl peroxide may be tanned, but is not limited thereto.
  • AIBN is used as a radical initiator in the following reaction
  • the heat to be applied may be performed, for example, by adding a temperature in the range of 50 to 100 ° C for a time of 10 minutes to 12 hours.
  • the thiol-based compound is a functional group, an azide group, an epoxy group, an acrylate group, an alkenyl group, an alkynyl group, an isocyanate group, an alcohol group, a thiol-based compound having a amine group and an amine group, or a combination thereof.
  • a thiol-based compound means a compound having at least one mercapto group (-SH). More preferably, the thiol-based compound may be a compound having the structure of Formula 3 below.
  • L 3 is independently a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted ethylene glycol group having 3 to 30 carbon atoms, a substituted or Is selected from the group consisting of an unsubstituted arylene group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heteroarylene group having 3 to 30 carbon atoms,
  • the A D3 is selected from the group consisting of primary and secondary amine groups, ammonium groups, halogen groups, epoxy groups, azide groups, acrylate groups, alkenyl groups, alkynyl groups, thiol groups, isocyanates, alcohol groups, and silane groups. .
  • the present invention relates to an oxidation-reduction polymer material for an electrochemical sensor in which a transition metal complex is introduced into the polyallylglycidyl ether-based polymer.
  • such an oxidation-reduction polymer material may include the amine group, ammonium group, halogen group, epoxy group, azide group, acrylate group, alkenyl group, alkynyl group, and thiol group based on the polyallyl glycidyl ether-based polymer.
  • Functionalized by introducing a compound containing a functional group selected from the group consisting of isocyanate, alcohol, and silane groups by a click reaction such as a thiol-ene reaction as described above, and functionalized polymer
  • the transition metal complex may also be prepared by bonding with a click reaction such as an azide-alkyne Huisgen cycloaddition or a thiol-ene reaction.
  • the oxidation-reduction polymer material is an amine group, an ammonium group, a halogen group, an epoxy group through a substitution reaction and an addition reaction to the binding ligand of the transition metal complex.
  • Functionalized by introducing functional groups such as the crosslinked material such as azide group, acrylate group, alkenyl group, alkynyl group, thiol group, isocyanate, alcohol group, and silane group, and functionalized transition metal complex and the poly Allyl glycidyl ether-based polymers can also be prepared by bonding by a click reaction.
  • the polymer material may be prepared by functionalizing both the polyallylglycidyl ether-based polymer and the transition metal complex using the crosslinking material and bonding them to each other by a click reaction.
  • the transition metal complex capable of binding to the polyallylglycidyl ether-based polymer may have a structure of Formula 4 as follows:
  • M is a transition metal selected from the group consisting of Os, Rh, Ru, Ir, Fe and Co;
  • L G1 and L G2 are combined with each other to form a bidentate ligand selected from Formulas 5 to 7 below;
  • L G3 and L G4 each combine with each other to form a bidentate ligand selected from the following formulas 5 to 7;
  • L G5 and L G6 are combined with each other to form a bidentate ligand selected from the following formulas 5 to 7;
  • R 1 , R 2 and R ′ 1 are each independently substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, substituted or unsubstituted ethylene glycol group having 2 to 20 carbon atoms, or substituted or unsubstituted carbon having 1 to 20 carbon atoms.
  • Alcohol group substituted or unsubstituted alkyl halogen group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted thiol group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkyl azide group having 3 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted Aryl azide group having 7 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkenyl group having 2 to 40 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms, cyano group, halogen group, deuterium and hydrogen Being selected,
  • R 3 to R 20 are each independently a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 40 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 50 carbon atoms, a substituted or Unsubstituted heteroaryl group having 3 to 50 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted alcohol group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 20 carbon atoms Rosen group, substituted or unsubstituted thiol group having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkyl azide group having 3 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl azide group having 7 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted Aryl
  • L 4 is independently a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted ethylene glycol group having 2 to 30 carbon atoms, a substituted or Is selected from the group consisting of an unsubstituted arylene group having 6 to 30 carbon atoms and a substituted or unsubstituted heteroarylene group having 3 to 30 carbon atoms,
  • a A4 is selected from the group consisting of azide groups, acrylate groups, alkenyl groups, alkynyl groups, thiol groups, isocyanates, alcohol groups and silane groups.
  • the functionalized transition metal complex may be, for example, having a structure of Formula 8 (a), 8 (b) or 8 (c) as follows:
  • the polyallylglycidyl ether polymer (6) functionalized as shown in Reaction Scheme 4 below and Os (mbim) 3 (8a) are click-reacted under a copper catalyst. It can be synthesized as an oxidation-reduction polymer of compound (7).
  • an oxidation-reduction polymer for an electrochemical sensor in which a functional group selected from the group consisting of silane groups and a transition metal complex are introduced may have a structure of the following Chemical Formula 9 or 10:
  • R T and R L are each independently a substituted or unsubstituted alkylene group having 3 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 6 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon number.
  • 2 to 30 ethylene glycol groups substituted or unsubstituted arylene groups having 6 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted heteroarylene groups having 3 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkenyl groups having 2 to 40 carbon atoms, and substitutions Or it may be selected from the group consisting of an unsubstituted alkynyl group having 2 to 40 carbon atoms, and preferably, a molecular weight of 1,000 g / mol ⁇ 50,000 g / mol of polystyrene (PS), polyethylene glycol (PEG) or polyethylene oxide (PEO), polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylimidazole (PVI), polyvinylpyridine (PVP) and polysiloxanes (PDMS).
  • PS polystyrene
  • PEG polyethylene glycol
  • PEO polyethylene oxide
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PVVI polyvinylimidazole
  • the L 1 , L 2 to L 4 are each independently a substituted or unsubstituted alkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted cycloalkylene group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted 3 to 30 carbon atoms.
  • the A D1 is selected from the group consisting of primary and secondary amine groups, ammonium groups, halogen groups, epoxy groups, azide groups, acrylate groups, alkenyl groups, alkynyl groups, thiol groups, isocyanates, alcohol groups and silane groups.
  • O is an integer from 0 to 300;
  • P is an integer from 0 to 300;
  • Q is an integer from 10 to 300.
  • X may be a functional group selected from the group consisting of triazole groups, ethers, thiol ethers, amide groups, urea groups, urethane groups and silane groups.
  • M is a transition metal selected from the group consisting of Os, Rh, Ru, Ir, Fe and Co;
  • L G1 and L G2 are combined with each other to form a bidentate ligand selected from Formulas 5 to 7;
  • L G3 and L G4 are combined with each other to form a bidentate ligand selected from Formulas 5 to 7 above;
  • L G5 and L G6 are combined with each other to form a bidentate ligand selected from Formulas 5 to 7 above.
  • the reactor has a disadvantage in that it is difficult to confirm whether or not the reaction is complete despite the introduction of a reactor or the like, but when using a polymer based on polyallylglycidyl ether according to the present invention , Since the allyl group, which is a repeating unit, disappears after the reaction, it is possible to clearly confirm the completion of the reaction, which is advantageous in manufacturing. Furthermore, compared to PVP and PVI, the transition metal complex can be immobilized with high efficiency, so that the toxicity or side effects that may occur due to the outflow of the transition metal are significantly lower, and the functional group has various functions in the main skeleton of the polymer polymer. It has the advantage of being easy to introduce and can be configured as a block copolymer.
  • the oxidation-reduction polymer material according to the present invention is coated or stacked on the working electrode or positioned around the working electrode (for example, a structure surrounding the electrode in solution) through electrons between the working electrode and the analyte.
  • Such redox polymer materials can form coatings that cannot be filtered on working electrodes in electrochemical biosensors.
  • step (b) amine group, ammonium group, halogen group, epoxy group, azide group, acrylate group, alkenyl group, alkynyl group, thiol group, isocyanate, alcohol group, and silane group to the polymer precursor prepared in step (a) Comprising the steps of preparing a by introducing a functional group and a transition metal complex selected from the group consisting of,
  • It relates to a method for producing an oxidation-reduction polymer material based on polyallylglycidyl ether.
  • the initiator may be benzyl alcohol or 1,10-decanediol.
  • a functional group selected from the group consisting of amine group, ammonium group, halogen group, epoxy group, azide group, acrylate group, alkenyl group, alkynyl group, thiol group, isocyanate, alcohol group, and silane group
  • a functional group selected from the group consisting of amine group, ammonium group, halogen group, epoxy group, azide group, acrylate group, alkenyl group, alkynyl group, thiol group, isocyanate, alcohol group, and silane group
  • it can be introduced using a thiol-based compound having such a functional group.
  • the present invention relates to a method of manufacturing an electron transport medium, comprising coating the electrode with an oxidation-reduction polymer based on the polyallylglycidyl ether and curing the coated electrode.
  • a further aspect of the present invention relates to a sensing membrane for an electrochemical biosensor comprising an enzyme capable of redoxing a liquid biological sample and an electron transfer medium formed of the oxidation-reduction polymer material.
  • Oxidation-reductase refers to an enzyme that catalyzes a redox reaction in a living body, and in the present invention, refers to an enzyme that is reduced by reacting with a target substance to be measured, such as a biosensor.
  • the reduced enzyme reacts with the electron transport medium, and quantifies the target substance by measuring signals such as current change.
  • the redox enzyme usable in the present invention may be one or more selected from the group consisting of various dehydrogenase, oxidase, esterase, etc., depending on the redox or detection target substance, Among the enzymes belonging to the enzyme group, an enzyme having the target substance as a substrate may be selected and used.
  • the redox enzymes include glucose dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, glucose oxidase, cholesterol oxidase, cholesterol esterase, and lac At least one selected from the group consisting of lactate oxidase, ascorbic acid oxidase, alcohol oxidase, alcohol dehydrogenase, bilirubin oxidase, etc. You can.
  • the oxidoreductase may include a cofactor that serves to store hydrogen taken from the oxidoreductase from the target substance (eg, target substance) to be measured, for example, flavin adenine dine. It may be one or more selected from the group consisting of nucleotides (flavin adenine dinucleotide, FAD), nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), pyrroloquinoline quinone (PQQ), and the like.
  • FAD nucleotides
  • NAD nicotinamide adenine dinucleotide
  • PQQ pyrroloquinoline quinone
  • glucose dehydrogenase when measuring the concentration of glucose in the blood, glucose dehydrogenase (GDH) may be used as the redox enzyme, and the glucose dehydrogenase is flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase containing FAD as a cofactor. It may be an enzyme (flavin adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase, FAD-GDH), and / or nicotinamide adenine dinucleotide-glucose dehydrogenase containing FAD-GDH as a cofactor.
  • the usable oxidoreductases are FAD-GDH (eg, EC 1.1.99.10, etc.), NAD-GDH (eg, EC 1.1.1.47, etc.), PQQ-GDH (eg, EC1.1.5.2, etc.) , Glutamic acid dehydrogenase (eg, EC 1.4.1.2, etc.), glucose oxidase (eg, EC 1.1.3.4, etc.), cholesterol oxidase (eg, EC 1.1.3.6, etc.), cholesterol esterification enzymes (eg, EC 3.1.
  • FAD-GDH eg, EC 1.1.99.10, etc.
  • NAD-GDH eg, EC 1.1.1.47, etc.
  • PQQ-GDH eg, EC1.1.5.2, etc.
  • Glutamic acid dehydrogenase eg, EC 1.4.1.2, etc.
  • glucose oxidase eg, EC 1.1.3.4
  • lactate oxidase e.g., EC 1.1.3.2, etc.
  • ascorbic acid oxidase e.g., EC 1.10.3.3, etc.
  • alcohol oxidase e.g., EC 1.1.3.13, etc.
  • alcohol dehydrogenase e.g. , EC 1.1.1.1, etc.
  • bilirubin oxidase eg, EC 1.3.3.5, etc.
  • the oxidoreductase is a glucose dehydrogenase capable of maintaining an activity of 70% or more for a week in a 37 ° C buffer solution.
  • the sensing membrane according to the present invention may contain 20 to 700 parts by weight of an oxidation-reduction polymer, such as 60 to 700 parts by weight or 30 to 340 parts by weight based on 100 parts by weight of an oxidoreductase.
  • the content of the redox polymer can be appropriately adjusted according to the activity of the redox enzyme.
  • the sensing membrane according to the present invention may further include carbon nanotubes to increase membrane performance.
  • the carbon nanotubes can increase the performance of the sensing film by increasing the electron transfer rate when used with a transition metal complex, especially osmium.
  • the sensing film according to the present invention may further include a crosslinking agent.
  • the sensing membrane according to the present invention is a dispersant upon dissolving reagents, a tackifier when preparing reagents, a stabilizer for long-term storage, etc., when one or more additives selected from the group consisting of surfactants, water-soluble polymers, quaternary ammonium salts, fatty acids, thickeners, etc. For the role of can be included additionally.
  • the surfactant may serve to cause the composition to spread evenly on the electrode and dispense to a uniform thickness.
  • the surfactant is selected from the group consisting of Triton X-100, Sodium dodecyl sulfate, perfluorooctane sulfonate, sodium stearate, etc. 1 More than one species can be used.
  • the surfactant is spread evenly on the electrode to properly perform the role of allowing the reagent to be dispensed with a uniform thickness, based on 100 parts by weight of the redox enzyme. To 25 parts by weight, for example, 10 to 25 parts by weight.
  • the surfactant when using an oxidoreductase having an activity of 700 U / mg, may contain 10 to 25 parts by weight based on 100 parts by weight of the oxidoreductase, and if the activity of the oxidoreductase is higher than this, the content of the surfactant Can be adjusted lower than this.
  • the water-soluble polymer may serve to help stabilize and disperse the enzyme as a polymer support of the reagent composition.
  • the water-soluble polymer includes polyvinyl pyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyperfluoro sulfonate, hydroxyethyl cellulose (HEC), and hydroxy One or more selected from the group consisting of hydroxypropyl cellulose (HPC), carboxy methyl cellulose (CMC), cellulose acetate, and polyamide may be used.
  • the water-soluble polymer is 10 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of oxidoreductase, such as 30 to 70 parts by weight.
  • oxidoreductase such as 30 to 70 parts by weight.
  • a redox enzyme having an activity of 700 U / mg it may contain 30 to 70 parts by weight of a water-soluble polymer based on 100 parts by weight of the redox enzyme, and if the activity of the redox enzyme is higher than this, the content of the water-soluble polymer Can be adjusted lower than this.
  • the water-soluble polymer may have a weight average molecular weight of about 2,500 g / mol to 3,000,000 g / mol, for example, 5,000 g / mol to 1,000,000 g / mol, to effectively perform dynamics that help stabilize and disperse the support and the enzyme. have.
  • the thickener serves to firmly attach the reagent to the electrode.
  • the thickener one or more selected from the group consisting of natrosol, diethylaminoethyl-dextran hydrochloride, and the like can be used.
  • the electrochemical sensor according to the present invention in order to ensure that the oxidation-reduction polymer according to the present invention is firmly attached to the electrode, the thickener is 10 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the redox enzyme, such as 30 to 90 parts by weight It can contain in an amount of wealth.
  • a redox enzyme having an activity of 700 U / mg it may contain 30 to 90 parts by weight of a thickener based on 100 parts by weight of the redox enzyme, and if the activity of the redox enzyme is higher than this, the content of the thickener Can be adjusted lower than this.
  • the present invention provides an electrochemical biosensor comprising an electron transfer medium made of the redox polymer material.
  • the type of the electrochemical biosensor is not limited, but may be a continuous blood glucose monitoring sensor.
  • the present invention includes, for example, an electrode, an insulator, a substrate, a sensing layer comprising the oxidation-reduction polymer and an oxidation-reduction enzyme, and a diffusion layer. ), A protective layer (protection layer), and the like.
  • an electrode two types of electrodes such as a working electrode and a counter electrode may be included, and three types of electrodes such as a working electrode, a counter electrode and a reference electrode may be included.
  • the biosensor according to the present invention is capable of redoxing an oxidation-reduction polymer having the formula 1 or 2 and a liquid biosample on a substrate having at least two, preferably two or three electrodes.
  • It may be an electrochemical biosensor produced by applying a reagent composition containing an enzyme and drying it.
  • a working electrode and a counter electrode are provided on opposite sides of a substrate, and a sensing film containing the oxidation-reduction polymer according to the present invention is stacked on the working electrode, and the working electrode and the counter electrode
  • a planar electrochemical biosensor is provided, characterized in that an insulator, a diffusion film and a protective film are sequentially stacked on both sides of the provided substrate.
  • the substrate may be made of at least one material selected from the group consisting of polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC) and polyimide (PI).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PC polycarbonate
  • PI polyimide
  • the working electrode can be a carbon, gold, platinum, silver or silver / silver chloride electrode.
  • the counter electrode functions as a reference electrode
  • gold, platinum, silver or silver / silver chloride electrodes can be used as the counter electrode, and the three electrodes including the reference electrode can also be used.
  • a gold, platinum, silver or silver / silver chloride electrode can be used as a reference electrode, and a carbon electrode can be used as a counter electrode.
  • the diffusion film Nafion, cellulose acetate, and silicone rubber can be used.
  • silicone rubber polyurethane, polyurethane-based copolymer, etc. can be used. However, it is not limited thereto.
  • the reference electrode may use silver chloride or silver
  • the counter electrode may use a carbon electrode.
  • 2,2'-biimidazole 2.0 g (15 mmol) was added to a 250 mL 3-neck round bottom flask, dissolved in 60 mL of anhydrous dimethylformamide, and cooled to 0 ° C.
  • the mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour, and then 1 mL (15 mmol) of iodomethane was slowly added dropwise through a syringe pump. After completion of dropping, the mixture was stirred at room temperature for 12 hours. 100 mL of ethyl acetate was added to the final reaction solution, and the resulting sodium iodide was filtered off.
  • a 100 mL 3-neck round bottom flask was equipped with a reflux condenser, gas inlet and thermometer, and 2.0 g (13 mmol) of N, N' -dimethyl-2,2'-biimidazole, ammonium hexachloroosmate (IV) 3.0 g (6.5 mmol) and 50 mL of ethylene glycol are stirred under argon at 140 ° C. for 24 hours.
  • 1.3 g (6.5 mmol) of N -butynyl- N' -methyl-2,2'-biimidazole was dissolved in 10 mL of ethylene glycol and then added to the reaction mixture using a syringe.
  • a 100 mL 3-neck round bottom flask was equipped with a reflux condenser, gas inlet and thermometer, and 0.7 g (4.6 mmol) of N, N' -dimethyl-2,2'-biimidazole, ammonium hexachloroosmate (IV) 1.0 g (2.3 mmol) and 20 mL of ethylene glycol are stirred under argon at 140 ° C. for 24 hours.
  • 0.5 g (2.3 mmol) of N -pentynyl- N' -methyl-2,2'-biimidazole was dissolved in 10 mL of ethylene glycol and then added to the reaction mixture using a syringe.
  • N -hexynyl- N' -methyl-2,2'-biimidazole 0.3 g (1.1 mmol) was dissolved in 10 mL of ethylene glycol and then added to the reaction mixture using a syringe.
  • a 100 mL 3-neck round bottom flask was equipped with a reflux condenser, gas inlet and thermometer and 1.5 g (9.1 mmol) of N, N' -dimethyl-2,2'-biimidazole, ammonium hexachloroosmate (IV) 2.0 g (4.6 mmol) and 40 mL of ethylene glycol are stirred under argon at 140 ° C. for 24 hours.
  • a 100 mL 3-neck round bottom flask was equipped with a reflux condenser, gas inlet and thermometer, and 0.9 g (5.4 mmol) of N, N' -dimethyl-2,2'-biimidazole, ammonium hexachloroosmate (IV) 1.2 g (2.7 mmol) and 20 mL of ethylene glycol are stirred under argon at 140 ° C. for 24 hours.
  • (6-hexanethiol- N' -methyl-2,2'-biimidazole 0.7 g (2.7 mmol) was dissolved in 10 mL of ethylene glycol and then added to the reaction mixture using a syringe. This mixture was again under argon.
  • the mixture was stirred for 24 hours at 180 ° C. After the reaction type, the reaction mixture was cooled to room temperature and the resulting red residue was filtered off to remove the filtrate with 200 mL of water, and then added AG1x4 chloride resin to sufficiently oxidize in air. The solution was stirred for 24 hours, and the solution was added dropwise to an aqueous solution of ammonium hexafluorophosphine to obtain a precipitate of the ion-exchanged metal complex.
  • AIBN Azobisisobyutyronitile
  • the reaction mixture is poured into ethyl acetate solution to form a precipitate.
  • the solvent was discarded, and the resulting solid was dissolved again in 80 mL of acetonitrile, followed by adding AG1x4 chloride resin and water (250 mL) and stirring for 24 hours.
  • the polymer solution was concentrated under reduced pressure (50 mL), dialysis was performed to remove substances having a low molecular weight (up to 3,000 g / mol).
  • the dialyzed polymer solution was freeze-dried to obtain the final oxidation-reduction polymer RP-1. (0.7 g, yield: 80%)
  • Polymer precursor P-2 (8,800 g / mol) 0.9 g and [osmium (III) ( N, N' -dimethyl-2,2'-biimidazole) 2 (6-hexane) in a 250 mL 2-neck round bottom flask Thiol- N' -methyl-2,2'-biimidazole)] (hexafluorophosphine) 3 (Os-5) 1.9 g was added and dissolved in 100 mL of dimethylformamide, followed by argon for 5 minutes. Degassed. 20 mg of azobisisonitrile (AIBN: Azobisisobyutyronitile) was added to the reaction mixture and stirred at 60 ° C. for 12 hours.
  • AIBN Azobisisobyutyronitile
  • the reaction mixture is poured into ethyl acetate solution to form a precipitate.
  • the solvent was discarded and the resulting solid was dissolved again in 100 mL of acetonitrile, and then AG1x4 chloride resin and water (300 mL) were added and stirred for 24 hours.
  • the polymer solution was concentrated under reduced pressure (50 mL), dialysis was performed to remove substances having a low molecular weight (up to 3,000 g / mol).
  • the dialysis polymer solution was freeze-dried to obtain the final oxidation-reduction polymer RP-2. (2.4 g, yield: 85%)
  • the reaction mixture is poured into ethyl acetate solution to produce a precipitate.
  • the solvent was discarded, and the resulting solid was dissolved again in 50 mL of acetonitrile, AG1x4 chloride resin and water (150 mL) were added and stirred for 24 hours.
  • the polymer solution was concentrated under reduced pressure (50 mL) and subjected to dialysis to remove low molecular weight (10,000 g / mol or less) substances.
  • the dialyzed polymer solution was freeze-dried to obtain the final oxidation-reduction polymer RP-3. (0.6 g, yield: 75%)
  • Osmium complex (Os-1, 2, 3, 4, 5: PF 6 anion) is dissolved in 5 mL of 0.1 M Tetrabutylammonium perchlorate acetonitrile solution in 5 mL of redox polymer (RP-1) , 2, 3: Cl anion) were dissolved in 5 mL of 0.1 M sodium chloride solution with 20 mg each.
  • a working electrode, a reference electrode, and an opposite electrode were connected to the degassed solution, and electrical signal changes according to voltage changes were measured under argon.
  • EmStat (PalmSens Co.)
  • each compound exhibits oxidation-reduction potential at almost the same position. Confirmed. Therefore, it can be indirectly confirmed that the performance of the oxidation-reduction polymer according to the present invention as an electron transport medium is the same as that of a single osmium complex.

Abstract

본 발명은 전기화학센서, 구체적으로는 전기화학센서의 전자전달매개체의 중합체 골격(polymer backbone)에 사용 가능한 산화-환원 고분자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알릴글라이시딜에터로부터 유래한 반복 단위를 포함하는, 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 전기화학센서에 사용 가능한 산화-환원 고분자, 이를 포함하는 전자전달매개체 및 전기화학적 센서로서, 제조시 반응 완결 확인이 유리하고, 전이금속복합체 고정 효율이 높고, 독성이나 부작용 문제가 낮으며, 다양한 기능성 부가가 가능한 산화-환원 고분자에 관한 것이다.

Description

폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 고분자 및 이를 이용한 전기화학적 바이오센서
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2018년 9월 18일자 한국특허출원 제10-2018-0111633호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전기화학센서, 구체적으로는 전기화학센서의 전자전달매개체의 중합체 골격(polymer backbone)에 사용 가능한 산화-환원 고분자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알릴글라이시딜에터로부터 유래한 반복 단위를 포함하는, 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 전기화학센서에 사용 가능한 산화-환원 고분자, 이를 포함하는 전자전달매개체 및 전기화학적 센서에 관한 것이다.
최근 의료 분야부터 환경 및 식품 분야까지 목표 분석물의 정량, 정성 분석을 위해 바이오센서의 개발에 대한 관심이 날로 증대되고 있다. 특히 효소를 이용한 바이오센서는 생물체의 기능 물질 또는 미생물 등 생물체가 특정 물질과 예민하게 반응하는 생물 감지 기능을 이용하여 시료에 함유되어 있는 화학 물질을 선택적으로 검출 계측하는 데 사용하는 화학 센서로 주로 혈당 센서와 같은 의료 계측 용도로 개발되었으며, 그 외 식품 공학이나 환경 계측 분야의 응용에서 역시 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
당뇨 관리에 있어 혈당의 주기적인 측정은 대단히 중요하며, 이에 휴대용 계측기를 이용하여 손쉽게 혈당을 측정할 수 있도록 다양한 혈당 측정기가 제작되고 있다. 이러한 바이오센서의 작동원리는 광학적 방법 또는 전기화학적 방법에 기초하고 있고, 이러한 전기화학적 바이오센서는 종래의 광학적 방법에 의한 바이오센서와는 달리 산소에 의한 영향을 줄일 수 있으며, 시료가 혼탁하더라도 시료를 별도 전처리 없이 사용 가능하다는 장점을 갖는다. 따라서, 정확성과 정밀성을 갖춘 다양한 종류의 전기화학적 바이오센서가 널리 쓰이고 있다.
현재 상용화 된 전기화학적 혈당센서는 주로 효소 전극을 이용하는 것으로서, 보다 구체적으로는 전기적 신호를 변환할 수 있는 전극 위에 글루코스 산화 효소를 화학적 또는 물리적 방법으로 고정시킨 구조를 가진다. 이러한 전기화학적 혈당센서는 혈액 등의 분석물 내의 글루코스가 효소에 의해 산화되어 발생하는 전자를 전극에 전달하여 생성되는 전류를 측정함으로써 분석물 내의 글루코스 농도를 측정하는 원리에 의한 것이다. 효소 전극을 이용하는 바이오센서의 경우 효소의 활성 중심과의 거리가 너무 멀기 때문에 기질이 산화되어 발생 되는 전자를 직접적으로 전극에 전달하는 것이 용이하지 않은 문제가 발생한다. 따라서 이러한 전자 전달 반응을 용이하게 수행하기 위하여 산화환원 매개체, 즉 전자전달매개체가 필수적으로 요구된다. 따라서, 혈당을 측정하는 전기화학적 바이오센서의 특성을 가장 크게 좌우하는 것은 사용하는 효소의 종류와 전자 전달 매개체의 특성이다.
한편, 혈당을 지속적으로 관찰하여 당뇨병 등의 질환을 관리하기 위하여 연속적인 혈당 모니터링(continuous glucose monitoring; CGM) 시스템을 이용하는데 손가락 끝에서 혈액을 채취하는 기존 효소센서는 채혈시 바늘로 인하여 상당한 고통을 유발하기 때문에 측정 빈도를 제한하므로 이러한 CGM에 이용될 수 없다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 최근에는 신체에 부착할 수 있어 침습을 최소화하는 개선된 버전의 효소센서가 개발되어오고 있다. 이러한 연속적인 혈당 모니터링 효소 센서의 경우 인체 내에 센서의 일부가 들어가기 때문에, 상기와 같이 전이금속 등을 포함하는 전자 전달 매개체가 인체에 흡수되어 독성 및 부작용을 발생하지 않도록 주로 폴리비닐피리딘[Poly(vinylpyridine): PVP]이나 폴리비닐이미다졸[Poly(vinylimidazole): PVI] 등과 같은 질소 원자를 포함하는 헤테로사이클고리형 고분자를 중합체 골격으로하고, 이에 링커를 통해 전이금속 착체를 고정하여, 전자 전달 매개체의 인체 내 유실로 인한 문제점을 방지하고자 하였다. 하지만 이러한 기존의 산화-환원 고분자들은 하기 반응식 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 최종 재료의 합성 단계가 길고 복잡하고, 전이금속 착체의 낮은 고정화 효율을 나타낼 뿐 아니라, 고분자에 다른 기능성의 도입이 어렵다는 문제를 가지고 있었다. 따라서, 현재까지도 우수한 성능의 산화-환원 고분자의 개발을 위해서 기존 재료들의 한계를 벗어나 새로운 소재들의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
[반응식 1]
[규칙 제91조에 의한 정정 06.01.2020]　
Figure WO-DOC-FIGURE-4
이러한 배경하에서, 본 발명자들은 다기능 산화환원 고분자로서 비교적 제조 단계가 용이하고, 고분자 주골격의 성격을 쉽게 조절 가능하면서도 이러한 고분자 주골격에 다양한 기능성을 갖게 하는 첨가제의 도입을 용이하게 할 수 있어야 한다는 요구사항을 충족하는 전기화학적 센서의 전자전달매개체용 고분자를 개발하기 위해 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 고분자를 이용하는 경우 상기와 같은 요구사항을 모두 탁월하게 충족시킬 수 있음을 예기치 않게 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존에 대비하여 간이한 단계로 제조가 가능하며, 음이온 중합을 통해 고분자의 분자량 조절이 가능하면서, 전이금속 착체의 고정화율이 증가되고 작용기 또는 링커의 도입이 용이한, 전자전달매개체용 산화-환원 중합체 제조용 고분자 전구체, 상기 고분자 전구체로 이루어진 전자전달매개체용 산화-환원 중합체, 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전이금속 착체 및 상기 산화-환원 중합체를 포함하는 전자전달매개체 및 전기화학적 바이오센서를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 해결하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 알릴글라이시딜에터로부터 유래된 반복단위를 포함하는 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 중합체 제조용 전구체. 상기 전구체 및 전이금속착체를 포함하는 고 전기화학적 바이오센서용 산화-환원 중합체, 이로부터 제조된 전기화학적 바이오센서용 산화-환원 중합체를 포함하는 전자전달매개체 및 이를 포함하는 전기화학적 바이오센서, 예컨대 혈당 센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 중합체 제조용 전구체 및 이러한 전구체와 전이금속착체를 포함하는 산화-환원 중합체를 사용하는 경우, 이를 이용한 유기반응 이후 각 반복단위의 알릴기 유무는 핵자기공명법(1H-NMR, 13C-NMR) 혹은 적외선분광법(FT-IR) 등을 통해 비교적 명확하게 확인할 수 있으므로 제조시 반응 완결의 확인이 유리하다는 장점을 갖는다. 나아가, PVP, PVI에 비해 전이금속복합체를 높은 효율로 고정화시킬 수 있어 전이금속 착체의 유출로 인하여 발생할 수 있는 독성이나 부작용 문제가 현저하게 낮으며, 고분자 중합체의 골격에 다양한 기능성을 갖게 하는 작용기의 도입이 용이하고 블록 공중합체 형태로서 구성할 수 있다는 장점을 가지므로, 혈당측정 센서와 같은 전기화학적 바이오센서의 전자매개체 골격으로 유용하다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리알릴글라이시딜에터에 클릭 반응을 통해 다양한 작용기를 붙이는 일 예시이다.
도 2는 단순 Os 복합체(Os-1, Os-2, Os-3, Os-4 및 Os-5)의 전달매개체로서의 성능을 순환전압전류법을 이용하여 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체 및 Os 복합체(RP-1, RP-2 및 RP-3)를 포함하는 산화-환원 중합체의 전달매개체로서의 성능을 순환전압전류법을 이용하여 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 상기 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체는 폴리알릴글라이시딜에터를 기반하는 것으로, 구체적으로는 알릴글라이시딜에터로부터 유래된 반복 단위를 포함하는, 산화-환원 고분자 재료의 고분자 전구체로서 사용된다. 바람직하게, 상기 중합체는 아자이드기, 에폭시기 및 아민기로 이루어진 군으로부터 선택되는 기를 포함하는 반응기를 갖는 가교물질 및 전이금속착체와 함께 전자전달매개체용 산화-환원 고분자 재료를 형성할 수 있다.
상기 중합체의 비제한적인 예로는 폴리알릴글라이시딜에터(PAGE) 호모중합체, 폴리알릴글라이시딜에터-폴리메틸메타크릴레이트(PAGE-PMMA) 공중합체, 폴리알릴글라이시딜에터-폴리에틸렌옥사이드(PAGE-PEO) 공중합체, 폴리알릴글라이시딜에터-폴리스티렌(PAGE-PS) 공중합체, 폴리스티렌-폴리알릴글라이시딜에터-폴리에틸렌옥사이드(PS-PAGEPEO) 공중합체 및 폴리메틸메타크릴레이트-폴리알릴글라이시딜에터-폴리에틸렌옥사이드(PMMA-PAGE-PEO) 공중합체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 공중합체는 교호 공중합체(alternating copolymer), 랜덤 공중합체(random copolymer), 블록 공중합체(block copolymer) 또는 그라프트 공중합체(graft copolymer)일 수 있다. 예를 들어, 상기 공중합체는 블록 공중합체일 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 중합체는 다이블록 공중합체(diblock copolymer)로서, 예를 들어 PAGE-b-PMMA, PAGE-b-PEO, PAGE-b-PS, PAGE-b-PVP, PAGE-b-PVI 또는 PAGE-b-PU일 수 있으며, 또한 트라이 블록 공중합체(triblock copolymer)로서, 예를 들어 PS-b-PAGE-b-PS, PMMA-b-PAGE-b-PMMA, PEO-b-PAGE-b-PEO, PEO-b-PAGE-PS, PEO-b-PAGE-b-PMMA일 수 있다.
상기 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체는 1,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 범위, 예를 들어, 10,000 g/mol 내지 20,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다.
이러한 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체는 반복 단위마다 이중 결합이 있는 알릴기를 포함하고 있어, 곁가지에 다양한 화학 반응기들을 클릭(Click) 반응, 예를 들어 싸이올(thiol)-엔 반응 등에 의해 용이하게 도입할 수 있고, 열처리 및 추후 공정(예를 들어 빛의 조사)을 통해 가교되어 전자전달매개체를 형성할 수도 있다. 상기와 같은 열처리 및 추후 공정과 관련하여, 종래 기술에 따른 PVI 및 PVP 골격의 산화-환원 고분자들도 최종적으로 센서막에 도핑 및 고정화 시키기 위해서는 추가적인 가교물질을 넣어주게 되며, 이 경우 가교물질의 종류가 아민-에폭시 타입으로 제한될 수밖에 없다는 문제점이 있는데 반해, 본 발명에 따른 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체를 고분자 전구체로서 사용하는 경우 다양한 작용기를 갖는 가교물질의 도입이 용이하여지므로, 다양한 타입의 가교가 가능하여 재료 개발 측면에서 이점이 있다.
상기 클릭 화학(반응)은 신약개발에 필요한 신규물질을 보다 효과적으로 창출하기 위해 2001년 미국의 베리 샤플리스(Barry Sharpless) 교수에 의해 처음 제안된 접근방식으로 (Sharpless, KB 등, Angew. Chem. Int. Ed. 40, 2001, 2004-2021) 비교적 간단한 반응 조건하에서 매우 높은 선택성과 효율성으로 다양한 분자들을 쉽게 합성할 수 있는 반응들을 일컫는다.
일 구체예로서, 본 발명에 따른 산화-환원 중합체 중의 폴리알릴글라이시딜에터는 하기의 반응식 2와 같이 음이온 중합을 통해 제조될 수 있다. 대표적으로 포타슘 나프텔렌아이드를 개시제로 사용하나 이에 제한되는 것은 아니다.
[반응식 2]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000002
본 발명에 따른 구체적인 일 실시예에서는 벤질알코올이나 1,10-데칸다이올을 아르곤 분위기에서 무수테트라하이드로퓨란에 녹인 후에 개시제로서 포타슘나프탈렌아이드를 적가하면서 교반하고 이 반응 혼합물에 알릴글라이시딜에터를 넣어주고 교반한 후, 분리 및 추출하여 폴리알릴글라이시딜에터를 제조한 후, 이에 1-아지도-11-운데칸싸이올을 사용하여 싸이올-엔 클릭 반응을 통해 작용기를 도입하여 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체를 제조하였다.
이러한 본 발명에 따른 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체는 전기화학적 센서에 사용되는 전자전달매개체를 제조하기 위한 출발물질이 될 수 있다.
나아가, 이러한 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체는 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기의 도입으로 기능화된 중합체(전구체)가 될 수도 있다. 이러한 작용기의 도입은 상기 작용기를 갖는 가교물질에 의해 이루어질 수 있다. 상기 가교물질은 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기를 갖는 것을 적절히 선택하여 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상기 작용기를 갖는 싸이올계 화합물일 수 있다.
바람직한 양태에서, 이러한 중합체는 하기 화학식 1과 2의 구조를 가질 수 있다:
[화학식 1]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000003
[화학식 2]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000004
상기 화학식 1 또는 2의 고분자 전구체 구조 중,
RT 및 RL 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기 로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며 또한, 분자량 1,000 g/mol ~ 50,000 g/mol의 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌글라이콜(PEG or PEO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐이미다졸(PVI), 폴리비닐피리딘(PVP) 폴리실록산(PDMS)과 같은 고분자 군으로부터 선택된다.
상기 L1 내지 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 AD1 내지 AD2는 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 o는 10 내지 300 의 정수이고;
상기 p는 0 내지 300 의 정수이고;
상기 q는 10 내지 300 의 정수이다.
구체적으로, 상기 기능화된 화학식 1 혹은 2로 구성된 중합체의 제조방법은 하기 반응식 3 과 같이 폴리알릴글라이시딜에터와 상기 언급한 다양한 반응기를 갖는 싸이올계 화합물을 광개시제의 존재하에 광조사(UV)를 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 하기 광개시제는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(DMPA), 벤조일 퍼옥사이드, 2,2-디에톡시아세토페논, 3-히드록시 아세토페논, 1-하이드록시 시클로헥실 페닐 케톤, 벤조페논, 2-하이드록시-2-메틸 프로피오페논, 2,2-디에톡시 아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-아세토페논 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하기 반응에서 광개시제로 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논(DMPA)을 사용한다면, 조사하는 빛은 예를 들어 280 내지 500 nm의 파장 범위의 광을, 10분 내지 4 시간의 시간 동안 조사함으로써 수행될 수 있다.
[반응식 3]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000005
또한, 상기 기능화된 화학식 1 혹은 2로 구성된 중합체의 제조방법으로 하기 반응식 4 와 같이 폴리알릴글라이시딜에터와 상기 언급한 다양한 반응기를 갖는 싸이올계 화합물을 라디칼 개시제 (열개시제)의 존재하에 열을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 하기 라디칼 개시제는 2,2'-아조비스아이소부티로니트릴 (2,2'-azobisisobutyronitrile: AIBN), 2,2'-아조비스-2,4-디메틸 발레로니트릴(2,2'-azobis-2,4-dimethyl valeronitrile), 디메틸 2,2'-아조비스(이소부티레이트)(dimethyl 2,2'-azobis(isobytrate)), 2,2'-아조비스(4-메톡시 발레로니트릴) (2,2'-azobis(4-methoxy valeronitrile)), 벤조일 퍼옥사이드 중 1종 이상 선탠될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 하기 반응에서 라디칼 개시제로 AIBN을사용한다면, 가하는 열은 예를 들어 50 내지 100 ℃의 범위의 온도를 10분 내지 12 시간의 시간 동안 가함으로써 수행될 수 있다.
[반응식 4]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000006
바람직하게, 상기 싸이올계 화합물은 작용기로서, 아자이드기, 에폭시기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 이소시아네이트기, 알코올기, 싸이올기 및 아민기를 갖는 싸이올계 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다. 본 명세서에서 싸이올계 화합물은 적어도 하나의 메르캅토기(-SH)를 갖는 화합물을 의미한다. 더욱 바람직하게, 상기 싸이올계 화합물은 하기 화학식 3의 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
[화학식 3]
HS-L3-AD3
상기 L3은 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 AD3은 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또 다른 양태로서, 본 발명은 상기 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체에 전이금속착체가 도입된 전기화학적 센서용 산화-환원 고분자 재료에 관한 것이다.
예를 들어, 이러한 산화-환원 고분자 재료는 상기 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체를 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기를 포함하는 화합물을 앞서 살펴본 바와 같은 싸이올-엔(thiol-ene) 반응과 같은 클릭 반응에 의해 도입하여 기능화시키고, 이와 같이 기능화된 중합체에 전이금속착체를 아자이드-알킨 휘스겐 사이클로 부가반응 (Azide-alkyne Huisgen cycloaddition) 혹은 싸이올-엔(thiol-ene) 반응 등의 클릭반응으로 결합시켜 제조할 수도 있다.
또한 상기 산화-환원 고분자 재료는 상기 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체를 기능화시키는 대신, 전이금속착체의 바이덴테이트 리간드에 치환반응 및 첨가반응을 통해 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기 등의 상기 가교물질과 같은 작용기를 도입하여 기능화시키고, 이와 같이 기능화된 전이금속착체와 상기 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체를 클릭 반응에 의해 결합시켜 제조할 수도 있다.
또는, 상기 고분자 재료는 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체 및 전이금속착체를 모두 상기 가교물질을 사용하여 기능화 시켜 클릭 반응에 의해 서로 결합시켜 제조할 수도 있다.
바람직하게, 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체와 결합할 수 있는 전이금속착체는 다음과 같은 화학식 4의 구조를 갖는 것일 수 있다:
[화학식 4]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000007
상기 식에서,
M 은 Os, Rh, Ru, Ir, Fe 및 Co 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 전이금속이고;
상기 식에서, LG1 및 LG2는 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
LG3 및 LG4는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
LG5 및 LG6는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
[화학식 5]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000008
[화학식 6]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000009
[화학식 7]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000010
상기 R1, R2 및 R＇1 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 에틸렌 글라이콜기 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 R3 내지 R20은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고;
상기 L4는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
상기 ＡＤ４는 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
또한, 상기 기능화된 전이금속착체는 예를 들어, 다음과 같은 화학식 8(a), 8(b) 또는 8(c)의 구조를 갖는 것일 수 있다:
[화학식 8a]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000011
[화학식 8b]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000012
[화학식 8c]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000013
구체적인 일 예에서, 산화-환원 중합체 재료의 제조예로서, 하기 반응식 4에 나타낸 바와 같이 기능화된 폴리알릴글라이시딜에터 중합체 (6) 과 Os(mbim)3 (8a) 는 구리촉매 하에서 클릭 반응을 통해 화합물 (7)의 산화-환원 중합체로 합성할 수 있다.
[반응식 4]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000014
바람직하게, 본 발명에 따른 폴리알킬글라이시딜에터 기반의 중합체에 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기 및 전이금속착체가 도입된 전기화학적 센서용 산화-환원 중합체는 다음 화학식 9 또는 10의 구조를 가질 수 있다:
[화학식 9]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000015
[화학식 10]
Figure PCTKR2019012084-appb-I000016
상기 화학식 9 또는 10의 고분자중 RT 및 RL 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며 또한, 바람직하게, 분자량 1,000 g/mol ~ 50,000 g/mol의 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌글라이콜(PEG) 또는 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐이미다졸(PVI), 폴리비닐피리딘(PVP) 및 폴리실록산(PDMS)과 같은 고분자 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 L1, L2 내지 L4는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 AD1 은 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 o는 0 내지 300 의 정수이고;
상기 p는 0 내지 300 의 정수이고;
상기 q는 10 내지 300 의 정수이다.
또한, X는 트라이아졸기, 에터, 싸이올에터, 아마이드기, 우레아기, 우레탄기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기일 수 있다.
M 은 Os, Rh, Ru, Ir, Fe 및 Co 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 전이금속이고;
상기 식에서, LG1 및 LG2는 서로 합쳐져 상기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
LG3 및 LG4는 각각 서로 합쳐져 상기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
LG5 및 LG6는 각각 서로 합쳐져 상기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성한다.
종래 PVP 및 PVI와 같은 중합체를 사용시에 반응기 등이 도입되었음에도 불구하고 반응이 완전히 완료된 것인지에 관한 확인이 어렵다는 단점을 가지고 있으나, 이러한 본 발명에 따른 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 중합체를 사용하는 경우, 반복단위인 알릴기가 반응 이후에 사라지기 때문에 반응의 완료를 명확하게 확인할 수 있으므로 제조시 유리하다는 장점을 갖는다. 나아가, PVP 및 PVI에 비해 전이금속복합체를 높은 효율로 고정화시킬 수 있어 전이금속 유출로 인하여 발생할 수 있는 독성이나 부작용 문제가 현저하게 낮으며, 고분자 중합체의 주골격에 다양한 기능성을 갖게 하는 기능기의 도입이 용이하고 블록 공중합체 형태로서 구성할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 산화-환원 중합체 재료는 작동전극에 도포 또는 적층되거나 작동전극 주변에 위치(예를 들어 용액 내에서 전극을 둘러싸는 구조)하여 작동전극과 분석 대상물질 사이에서의 전자를 효소를 통하여 전달한다. 이러한 산화-환원 중합체 재료는 전기화학적 바이오 센서 내에서 작동 전극상에 여과될 수 없는 코팅을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 추가적인 양태로서
(a) 알릴글라이시딜에터를 개시제 존재하에 중합시켜 폴리알릴-글라이시딜에터 기반의 고분자 전구체를 제조하는 단계; 및
(b) 상기 단계 (a)에서 제조된 고분자 전구체에 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기 및 전이금속착체를 도입하여 을 제조하는 단계를 포함하는,
폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 중합체 재료의 제조방법에 관한 것이다.
상기 단계 (a)에서, 상기 개시제는 벤질알코올 또는 1,10-데칸다이올일 수 있다.
상기 단계 (b)에서, 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기는 바람직하게, 이러한 작용기를 갖는 싸이올계 화합물을 사용하여 도입할 수 있다.
또한, 추가적인 양태로서,
본 발명은 상기 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 중합체 재료를 전극에 코팅한 후, 코팅된 전극을 경화시키는 단계를 포함하는, 전자전달매개체의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 추가 일 양태는 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소와 상기 산화-환원 중합체 재료로 형성된 전자전달매개체를 포함하는 전기화학적 바이오센서용 센싱 막에 관한 것이다.
산화환원효소는 생체의 산화환원반응을 촉매하는 효소를 총칭하는 것으로, 본 발명에서는 측정하고자 하는 대상물질, 예컨대 바이오센서의 경우에는 측정하고자 하는 대상물질과 반응하여 환원되는 효소를 의미한다. 이와 같이 환원된 효소는 전자 전달 매개체와 반응하며, 이 때 발생한 전류변화 등의 신호를 측정하여 대상물질을 정량하게 된다. 본 발명에 사용 가능한 산화환원효소는 각종 탈수소효소(dehydrogenase), 산화효소(oxidase), 에스테르화효소(esterase) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 것일 수 있으며, 산화환원 또는 검출 대상 물질에 따라서, 상기 효소 군에 속하는 효소들 중에서 상기 대상 물질을 기질로 하는 효소를 선택하여 사용할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 산화환원효소는 글루코오스탈수소효소(glucose dehydrogenase), 글루탐산탈수소효소(glutamate dehydrogenase), 글루코오스산화효소(glucose oxidase), 콜레스테롤산화효소(cholesterol oxidase), 콜레스테롤에스테르화효소(cholesterol esterase), 락테이트산화효소(lactate oxidase), 아스코르브산 산화효소(ascorbic acid oxidase), 알코올산화효소(alcohol oxidase), 알코올탈수소효소(alcohol dehydrogenase), 빌리루빈산화효소(bilirubin oxidase) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
한편, 상기 산화환원효소는 측정하고자 하는 대상물질(예컨대, 대상물질)로부터 산화환원효소가 뺏어온 수소를 보관하는 역할을 하는 보조인자 (cofactor)를 함께 포함할 수 있는데, 예컨대, 플라빈 아데닌 디뉴클레오타티드 (flavin adenine dinucleotide, FAD), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (nicotinamide adenine dinucleotide, NAD), 피롤로퀴놀린 퀴논 (Pyrroloquinoline quinone, PQQ) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
예컨대, 혈중 글루코오스 농도를 측정하고자 하는 경우, 상기 산화환원효소로서 글루코오스 탈수소효소(glucose dehydrogenase, GDH)를 사용할 수 있으며, 상기 글루코오스 탈수소효소는 보조인자로서 FAD를 포함하는 플라빈아데닌디뉴클레오티드-글루코오스탈수소효소(flavin adenine dinucleotide- glucose dehydrogenase, FAD-GDH), 및/또는 보조인자로서 FAD-GDH를 포함하는 니코틴아미드아데닌디뉴클레오티드-글루코오스탈수소효소 (nicotinamide adenine dinucleotide- glucose dehydrogenase)일 수 있다.
구체예에서, 상기 사용 가능한 산화환원효소는 FAD-GDH (예컨대, EC 1.1.99.10 등), NAD-GDH (예컨대, EC 1.1.1.47 등), PQQ-GDH (예컨대, EC1.1.5.2 등), 글루탐산탈수소효소 (예컨대, EC 1.4.1.2 등), 글루코오스산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.4 등), 콜레스테롤산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.6 등), 콜레스테롤에스테르화효소 (예컨대, EC 3.1.1.13 등), 락테이트산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.2 등), 아스코빅산산화효소 (예컨대, EC 1.10.3.3 등), 알코올산화효소 (예컨대, EC 1.1.3.13 등), 알코올탈수소효소 (예컨대, EC 1.1.1.1 등), 빌리루빈산화효소 (예컨대, EC 1.3.3.5 등) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
가장 바람직하게, 상기 산화환원효소는 37℃ 완충용액에서 1주일 동안 70% 이상의 활성도를 유지할 수 있는 글루코오스 탈수소효소이다.
본 발명에 따른 센싱 막은 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 산화-환원 중합체 20 내지 700 중량부, 예컨대 60 내지 700 중량부 또는 30 내지 340 중량부를 함유할 수 있다. 상기 산화-환원 중합체의 함량은 산화환원효소의 활성도에 따라서 적절히 조절할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 센싱 막은 막 성능의 증가를 위해 카본 나노튜브를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 카본 나노튜브는 전이금속착체, 특히 오스뮴과 함께 사용시 전자전달속도가 증가되어 센싱 막의 성능을 더욱 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센싱 막은 가교제를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 센싱 막은 계면활성제, 수용성 고분자, 4차 암모늄염, 지방산, 점증제 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 시약 용해시의 분산제, 시약 제조시의 점착제, 장기 보관의 안정제 등의 역할을 위하여 추가로 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 조성물을 분주할 때 조성물이 전극위에서 골고루 퍼져서 균일한 두께로 분주되게 하는 역할을 하는 것일 수 있다. 상기 계면활성제로 트리톤 X-100 (Triton X-100), 소듐도데실설페이트 (sodium dodecyl sulfate), 퍼플루오로옥탄설포네이트 (perfluorooctane sulfonate), 소듐스테아레이트 (sodium stearate) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 시약 조성물은, 시약을 분주할 때 시약이 전극위에서 골고루 퍼져서 시약이 균일한 두께로 분주되게 하는 역할을 적절하게 수행하도록 하기 위하여, 상기 계면활성제를 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 3 내지 25 중량부, 예컨대 10 내지 25 중량부의 양으로 함유할 수 있다. 예컨대, 활성도가 700 U/mg인 산화환원효소를 사용하는 경우 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 계면활성제 10 내지 25 중량부를 함유할 수 있으며, 산화환원효소의 활성도가 이보다 높아지면, 계면활성제의 함량을 이보다 낮게 조절할 수 있다.
상기 수용성 고분자는 시약 조성물의 고분자 지지체로서 효소의 안정화 및 분산(dispersing)을 돕는 역할을 수행하는 것일 수 있다. 상기 수용성 고분자로는 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone; PVP), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol; PVA), 폴리플루오로설포네이트(polyperfluoro sulfonate), 하이드록시에틸 셀룰로오즈(hydroxyethyl cellulose; HEC), 하이드록시프로필 셀룰로오즈(hydroxypropyl cellulose; HPC), 카르복시메틸 셀룰로오즈(carboxy methyl cellulose; CMC), 셀룰로오즈 아세테이트(cellulose acetate), 폴리아미드 (polyamide) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 시약 조성물은, 산화환원효소의 안정화 및 분산 (dispersing)을 돕는 역할을 충분하고 적절하게 발휘하도록 하기 위하여, 상기 수용성 고분자를 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 10 내지 70 중량부, 예컨대 30 내지 70 중량부의 양으로 함유할 수 있다. 예컨대, 활성도가 700 U/mg인 산화환원효소를 사용하는 경우 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 수용성 고분자 30 내지 70 중량부를 함유할 수 있으며, 산화환원효소의 활성도가 이보다 높아지면, 수용성 고분자의 함량을 이보다 낮게 조절할 수 있다.
상기 수용성 고분자는 지지체 및 효소의 안정화 및 분산 (dispersing)을 돕는 역학을 효과적으로 수행하기 위하여 중량평균분자량이 2,500 g/mol 내지 3,000,000 g/mol 정도, 예컨대, 5,000 g/mol 내지 1,000,000 g/mol 정도일 수 있다.
상기 점증제는 시약을 전극에 견고하게 부착하도록 하는 역할을 한다. 상기 점증제로는 나트로졸, 디에틸아미노에틸-덱스트란 하이드로클로라이드 (DEAE-Dextran hydrochloride) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 전기화학적 센서는, 본 발명에 따른 산화-환원 중합체가 전극에 견고하게 부착되도록 하기 위하여, 상기 점증제를 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 10 내지 90 중량부, 예컨대 30 내지 90 중량부의 양으로 함유할 수 있다. 예컨대, 활성도가 700 U/mg인 산화환원효소를 사용하는 경우 산화환원효소 100 중량부를 기준으로 점증제 30 내지 90 중량부를 함유할 수 있으며, 산화환원효소의 활성도가 이보다 높아지면, 점증제의 함량을 이보다 낮게 조절할 수 있다.
또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 산화-환원 중합체 재료로 이루어진 전자전달매개체를 포함하는 전기화학적 바이오센서를 제공한다.
구체적으로, 상기 전기화학적 바이오센서의 종류에는 제한이 없으나, 바람직하게는 연속적인 혈당 모니터링 센서일 수 있다.
이러한 연속적인 혈당 모니터링 센서의 구성으로, 본 발명은, 예를 들어 전극, 절연체(insulator), 기판, 상기 산화-환원 중합체 및 산화환원효소를 포함하는 센싱 막(sensing layer), 확산 막(diffusion layer), 보호 막(protection layer) 등을 포함할 수 있다. 전극의 경우, 작동 전극 및 대향 전극과 같은 2종의 전극을 포함할 수도 있고, 작동 전극, 대향 전극 및 기준 전극과 같은 3종의 전극을 포함할 수도 있다. 일 구현예에서, 본 발명에 따른 바이오센서는, 적어도 두개, 바람직하게는 두개 또는 세개의 전극을 갖춘 기판에, 상기 화학식 1 또는 2를 갖는 산화-환원 중합체와 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소를 포함하는 시약 조성물을 도포한 후 건조하여 제작한 전기화학적 바이오센서일 수 있다. 예를 들면, 전기화학적 바이오센서에 있어서 작동 전극 및 대향 전극이 기판의 서로 반대면에 구비되고, 상기 작동 전극 위에 본 발명에 따른 산화-환원 중합체가 포함되는 센싱 막이 적층되고, 작동 전극 및 대향 전극이 구비된 기판의 양쪽 면에 차례로 절연체, 확산막 및 보호막이 적층되는 것을 특징으로 하는 평면형 전기화학적 바이오센서가 제공된다.
구체적인 양태로서, 상기 기판은 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate) 및 PI(polyimide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 소재로 된 것일 수 있다.
또한, 작동 전극은 탄소, 금, 백금, 은 또는 은/염화은 전극을 사용할 수 있다.
또한, 2 전극을 갖는 전기화학적 바이오센서의 경우 대향 전극이 기준 전극의 역할까지 같이 하기 때문에, 대향 전극으로 금, 백금, 은 또는 은/염화은 전극을 사용할 수 있고, 기준 전극까지 포함하는 3 전극의 전기화학적 바이오센서의 경우, 기준 전극으로 금, 백금, 은 또는 은/염화은 전극을 사용할 수 있고, 대향 전극으로 탄소 전극을 사용할 수 있다.
확산막으로는 Nafion, 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 실리콘 고무(silicone rubber) 등을 사용할 수 있으며, 보호막으로는 실리콘 고무(silicone rubber), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리우레탄 기반 공중합체 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
제한되지 않은 예로서, 2 전극인 경우 대향전극이 기준전극의 역할까지 같이 하기 때문에 염화은 또는 은이 사용 될 수 있으며, 3 전극일 경우 기준전극이 염화은 또는 은이 사용되고, 대향 전극은 탄소 전극을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1: 폴리알릴글라이시딜에터 (PAGE) 의 합성
1-1: Type 1 폴리알릴글라이시딜에터 (P-1)의 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000017
벤질알코올(0.11 g, 1.0 mmol)을 아르곤 분위기에서 50 mL의 무수테트라하이드로퓨란에 녹인 후, 이 용액이 전체적으로 녹색을 띄게 될 때까지 포타슘나프탈렌 아이드 (0.25 M in tetrahydrofuran, 4.0 mL, 1.0 mmol)용액을 천천히 적가하고 상온에서 5분 정도 교반하였다. 이 반응 혼합물에 알릴글라이실딜 에터(10.0 mL, 87.6 mol)를 아르곤 분위기에서 빠르게 넣어주고 40 ℃에서 교반하였다. 24시간 후 소량의 메탄올을 넣어 반응을 종료시키고, 10% 염산 용액과 물 (30 mL)을 넣어 물층을 유기층으로부터 분리하고 다이메틸렌클로라이드(60 mL)로 다섯 번 추출하였다. 추출한 유기층을 모아서 감압하여 용매를 제거한 후 헥산(10 mL)으로 다섯 번 씻고 정제된 고분자 P-1을 얻었다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 5.93-5.83 (m), 5.27-5.13 (m), 3.98 (br m), 3.64-3.43 (br m), 1.58 (br m), 1.32 br m) (무게회수율: 55%, 5.5 g)
1-2: Type 2 폴리알릴글라이시딜에터 (P-2)의 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000018
1,10-데칸다이올(0.23 g, 1.3 mmol)을 아르곤 분위기에서 100 mL의 무수테트라하이드로퓨란에 녹인 후, 이 용액이 전체적으로 녹색을 띄게 될 때까지 포타슘나프탈렌아이드 (0.32 M in tetrahydrofuran, 9.0 mL, 2.9 mmol)용액을 천천히 적가하고 상온에서 5분 정도 교반하였다. 이 반응 혼합물에 알릴글라이실딜 에터(31 mL, 0.26 mol)를 아르곤 분위기에서 빠르게 넣어주고 40 ℃에서 교반하였다. 24시간 후 소량의 메탄올을 넣어 반응을 종료시키고, 10% 염산 용액과 물 (30 mL)을 넣어 물층을 유기층으로부터 분리하고 다이메틸렌클로라이드(60 mL)로 다섯 번 추출하였다. 추출한 유기층을 모아서 갑압하여 용매를 제거한 후 헥산(10 mL)으로 다섯 번 씻고 정제된 고분자 P-2를 얻었다.
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 5.93-5.83 (m), 5.27-5.13 (m), 3.98 (br m), 3.64-3.43 (br m), 1.58 (br m), 1.32 br m) (무게회수율: 76%, 18.6 g)
1-3: Type 1 PAGE (P-1)에 싸이올-엔(thiol-ene) 클릭 반응을 통한 작용기 도입
Figure PCTKR2019012084-appb-I000019
P-1 (Mn = 10,000 g/mol, 1.0 g, 8.7 mmol (PAGE의 allyl기 몰수)), 1-아지도-11-운데칸싸이올 (0.30 g, 1.3 mmol), 3-메르캅토프로필-1-아민(0.15 g, 1.3 mmol)과 DMPA(11 mg, 0.04 mmol)를 아르곤 분위기에서 5 mL의 벤젠에 녹인 후, 5분 동안 아르곤 탈기(degassing)하였다. 이 반응 혼합물은 UV반응기에 넣고 30분 동안 315 ~ 400 nm의 빛을 조사한다. 반응 종료 후 용매는 감압하여 제거한 후 남아있는 시작물질이 제거하기 위해 헥산/에틸아세테이트(10/1)로 다섯 번 씻어준다. 최종적으로 정제된 고분자 P-3을 얻었다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.60-3.49 (br m), 2.57-2.50 (br m), 1.83 (br m), 1.69 (br m), 1.24-1.20 (br m)
실시예 2: 오스뮴 복합체의 합성
2-1: 리간드 합성
2-1-1: 2,2'-바이이미다졸 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000020
1 L의 3구 둥근 바닥 플라스크에 40% 글라이옥살(glyoxal) 수용액 79 mL (0.69 mol)를 넣고 0 ℃에서 암모늄아세테이트 370 mL (2.76 mol)를 적하깔때기(dropping funnel)를 통해 3시간 동안 온도 상승에 주의해가며(30 ℃ 이하) 천천히 적하한 후 45~50 ℃ 에서 하룻밤 동안 교반하였다. 반응 종료 후 상온으로 냉각하고 생성된 고체는 여과하였다. 여과하여 얻은 짙은 갈색의 고체는 높은 온도의 에틸레글리콜에 녹여 핫-필터 (hot-filter)로 정제해 흰색의 고체인 2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (10.1g, 수율: 33%)
2-1-2: N-메틸-2,2'-바이이미다졸 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000021
250 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 2,2'-바이이미다졸 2.0 g (15 mmol)을 넣고 무수디메틸포름아마이드 60 mL 에 녹인 후 0 ℃로 냉각한다. 수소화소듐 0.6 g (15 mmol)을 온도 상승에 주의해가며 소량씩 넣는다. 이 혼합물은 0 ℃에서 한 시간 동안 교반 후에 아이오도메탄 1 mL (15 mmol)를 실린지 펌프를 통해 천천히 적하한다. 적하 종료 후 상온에서 12시간 동안 교반하였다. 최종 반응용액에 에틸아세테이트 100 mL를 넣고 생성된 요오드화소듐은 여과하여 제거한다. 여액은 감압농축하여 용매는 모두 제거하고 남은 고체는 에틸아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제하였다. 최종적으로 N-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (0.8 g, 수율: 37%)
2-1-3: N,N' -디메틸-2,2'-바이이미다졸 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000022
500 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 2,2'-바이이미다졸 5 g (37 mmol)을 넣고 무수디메틸포름아마이드 60 mL 에 녹인 후 0 ℃로 냉각한다. 수소화소듐 3 g (40 mmol)을 온도 상승에 주의해가며 소량씩 넣어주고, 0 ℃에서 한 시간 동안 교반한다. 이 반응 혼합물은 아이오도메탄 2.5 mL (40 mmol)를 실린지 펌프를 통해 천천히 적하 후 상온에서 24시간 동안 교반한다. 최종 반응용액에 물을 넣고 에틸아세테이트 (200 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거하고 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (5.1 g, 84%)
2-1-4: S-(6-브로모헥실)에탄싸이오에이트 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000023
50 mL 적하깔때기, 환류응축기 및 기체유입구가 장착된 100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 1,6-다이브로모헥산 2.4 g (10 mmol)을 넣고 메탄올 50mL 에 녹인 후 아르곤하에서 1시간 동안 탈기한다. 50 mL 2구 둥근 바닥 플라스크에 소듐메톡사이드 0.25 g (5 mmol) 과 싸이오아세트산 0.37 g (5 mmol)을 0 ℃에서 무수 메탄올 20mL에 녹인 후 아르곤하에서 환류시킨다. 1 시간 후 반응 온도를 상온으로 내리고 반응 용액을 50 mL 적하깔때기에 옮긴다. 반응 용액은 상기 플라스크에 상온에서 4 시간 동안 천천히 적하하고 12시간 동안 아르곤하에서 교반한다. 반응 종결 후에 용매인 메탄올은 감압농축하여 제거하고 플라스크에 남아 있는 노란색 오일은 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 S-(6-브로모헥실)에탄싸이오에이트 얻었다. (1.1 g, 45%)
2-1-5: N -부티닐- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸 합성 (L-1)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000024
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 N-메틸-2,2'-바이이미다졸 1.5 g (10 mmol)을 넣고 질소하에서 무수디메틸포름아마이드 30 mL 에 녹인 후 수소화소듐 0.5 g (13 mmol)을 가하였다. 이 혼합물은 상온에서 한 시간 동안 교반 후에 4-브로모-1-부틴 1.7 g (13 mmol)과 요오드화소듐 1.5 g (10 mmol) 을 넣는다. 반응용액은 질소하에서 80 ℃로 가열하여 24 시간 동안 교반하였다. 최종 반응용액은 상온으로 냉각 후 물 (100 mL)과 에틸아세테이트 (200 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거 하고 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N-부티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (1.5 g, 74%)
2-1-6: N -펜티닐- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸 합성 (L-2)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000025
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 N-메틸-2,2'-바이이미다졸 1.0 g (6.7 mmol)을 넣고 질소하에서 무수디메틸포름아마이드 25 mL 에 녹인 후 수소화소듐 0.2 g (8.8 mmol)을 가한다. 이 혼합물은 상온에서 한 시간 동안 교반 후에 5-클로로-1-펜틴 1.4 g (13.5 mmol)과 요오드화소듐 1.0 g (6.7 mmol) 을 넣는다. 반응용액은 질소하에서 80 ℃로 가열하여 24 시간 동안 교반한다. 최종 반응용액은 상온으로 냉각 후 물 (100 mL)과 에틸아세테이트 (200 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거 하고 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N-펜티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (1.2 g, 60%)
2-1-7: N -헥시닐- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸 합성 (L-3)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000026
500 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 N-메틸-2,2'-바이이미다졸 3.5 g (23.6 mmol)을 넣고 질소하에서 무수디메틸포름아마이드 100 mL 에 녹인 후 수소화소듐 1.8 g (44.0 mmol)을 가한다. 이 혼합물은 상온에서 한 시간 동안 교반 후에 6-클로로-1-헥신 6.9 g (60.0 mmol)과 요오드화소듐 3.5 g (23.6 mmol) 을 넣는다. 반응용액은 질소하에서 90 ℃로 가열하여 24 시간 동안 교반한다. 최종 반응용액은 상온으로 냉각 후 물 (200 mL)과 에틸아세테이트 (300 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거 하고 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N-헥시닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (2.7 g, 50%)
2-1-8: N -(2-(2-(2-프로피닐옥시)에톡시)에톡시)에틸- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸 합성 (L-4)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000027
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 N-메틸-2,2'-바이이미다졸 1.5 g (10.1 mmol)을 넣고 질소하에서 무수디메틸포름아마이드 30 mL 에 녹인 후 수소화소듐 0.6 g (15.2 mmol)을 가한다. 이 혼합물은 상온에서 한 시간 동안 교반 후에 (3-(2-(2-(2-클로로에톡시)에톡시)에톡시)프로핀 2.5 g (12.1 mmol)과 요오드화소듐 1.5 g (10.1 mmol) 을 넣는다. 반응용액은 질소하에서 90 ℃로 가열하여 24 시간 동안 교반한다. 최종 반응용액은 상온으로 냉각 후 물 (200 mL)과 에틸아세테이트 (300 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거 하고 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 N-(2-(2-(2-프로피닐옥시)에톡시)에톡시)에틸-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (2.0 g, 60%)
2-1-9: S-(6-헥실)에탄싸이오에이트- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000028
250 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 N-메틸-2,2'-바이이미다졸 3.0 g (20.2 mmol)을 넣고 질소하에서 무수디메틸포름아마이드 100 mL 에 녹인 후 수소화소듐 1.2 g (30.5 mmol)을 가한다. 이 혼합물은 상온에서 한 시간 동안 교반 후에 S-(6-브로모헥실)에탄싸이오에이트 5.0 g (20.5 mmol)과 요오드화소듐 3.0 g (20.2 mmol) 을 넣는다. 반응용액은 질소하에서 90 ℃로 가열하여 24 시간 동안 교반한다. 최종 반응용액은 상온으로 냉각 후 물 (200 mL)과 에틸아세테이트 (300 mL X 3) 와 함께 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 유기층은 감압농축하여 용매 제거 하고 에틸 아세테이트와 헥산을 전개용매로 하여 컬럼크로마토그래피로 정제한다. 최종적으로 S-(6-헥실)에탄싸이오에이트-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸을 얻었다. (4.2 g, 70%)
2-1-10: (6-헥산싸이올)- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸 합성 (L-5)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000029
250 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 S-(6-헥실)에탄싸이오에이트-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 3.0 g (10.0 mmol)을 넣고 메탄올 100 mL 에 녹인 후 40 mL의 아세틸 클로라이드를 천천히 적하한다. 이 혼합물은 50 ℃로 가열하여 4 시간 동안 교반한다. 최종 반응용액은 상온으로 냉각 후 물 (100 mL)과 디클로로메탄 (200 mL X 3)으로 추출한 후 유기층은 모아서 황산마그네슘으로 건조한다. 최종적으로 (6-헥산싸이올)-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 을 얻었다. (2.3 g, 87%)
2-2: 오스뮴 복합체 합성
2-2-1: [오스뮴(III)( N,N' -디메틸-2,2'-바이이미다졸) 2 ( N -부티닐- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸)](헥사플루오로포스핀) 3 의 합성 (Os-1)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000030
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 환류응축기, 기체유입구 및 온도계를 장착하고 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸 2.0 g (13 mmol), 암모늄헥사클로로 오스메이트(IV) 3.0 g (6.5 mmol)과 50 mL 의 에틸렌글리콜을 아르곤하에서 140 ℃로 24시간 동안 교반한다. N-부티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 1.3 g (6.5 mmol)은 10 mL 의 에틸렌글리콜에 녹인 후 상기 반응혼합물에 실린지를 이용해 넣었다. 이 혼합물은 다시 아르곤하에서 180 ℃로 24시간 동안 교반하였다. 반응 종류후 반응혼합물은 상온으로 냉각하고 생성된 붉은색 잔여물을 여과하여 제거한다. 여액은 600 mL의 물로 묽힌 후에 AG1x4 클로라이드 레진을 넣고 공기 중에서 충분히 산화시키기 위해 24시간 동안 교반하였다. 상기 용액은 암모늄헥사플로오로포스핀 수용액에 적가하여 이온 교환된 금속 복합체의 침전물을 얻는다. 생성된 고체는 여과 후 물로 여러 번 씻어준 후 진공오븐에서 건조시켜 최종화합물 오스뮴(III) 복합체를 얻었다. (5.0 g, 67%) Anal. Calcd for C27H32F18N12OsP3: C, 28.21; H, 2.81; N, 14.62; Found: C, 28.12; H, 3.07; N, 14.64
2-2-2: [오스뮴(III)( N,N' -디메틸-2,2'-바이이미다졸) 2 ( N -펜티닐- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸)](헥사플루오로포스핀) 3 의 합성 (Os-2)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000031
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 환류응축기, 기체유입구 및 온도계를 장착하고 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸 0.7 g (4.6 mmol), 암모늄헥사클로로 오스메이트(IV) 1.0 g (2.3 mmol)과 20 mL 의 에틸렌글리콜을 아르곤하에서 140 ℃로 24시간 동안 교반한다. N-펜티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 0.5 g (2.3 mmol)은 10 mL 의 에틸렌글리콜에 녹인 후 상기 반응혼합물에 실린지를 이용해 넣었다. 이 혼합물은 다시 아르곤하에서 180 ℃로 24시간 동안 교반하였다. 반응 종류후 반응혼합물은 상온으로 냉각하고 생성된 붉은색 잔여물을 여과하여 제거한다. 여액은 200 mL의 물로 묽힌 후에 AG1x4 클로라이드 레진을 넣고 공기 중에서 충분히 산화시키기 위해 24시간 동안 교반하였다. 상기 용액은 암모늄헥사플로오로포스핀 수용액에 적가하여 이온 교환된 금속 복합체의 침전물을 얻는다. 생성된 고체는 여과 후 물로 여러 번 씻어준 후 진공오븐에서 건조시켜 최종화합물 오스뮴(III) 복합체를 얻었다. (1.5 g, 53%) Anal. Calcd for C28H34F18N12OsP3: C, 28.90; H, 2.94; N, 14.44; Found: C, 28.95; H, 3.02; N, 14.23
2-2-3: [오스뮴(III)( N,N' -디메틸-2,2'-바이이미다졸) 2 ( N -헥시닐- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸)](헥사플루오로포스핀) 3 의 합성 (Os-3)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000032
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 환류응축기, 기체유입구 및 온도계를 장착하고 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸 0.4 g (2.2 mmol), 암모늄헥사클로로 오스메이트(IV) 0.5 g (1.1 mmol)과 20 mL 의 에틸렌글리콜을 아르곤하에서 140 ℃로 24시간 동안 교반한다. N-헥시닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 0.3 g (1.1 mmol)은 10 mL 의 에틸렌글리콜에 녹인 후 상기 반응혼합물에 실린지를 이용해 넣었다. 이 혼합물은 다시 아르곤하에서 180 ℃로 24시간 동안 교반하였다. 반응 종류후 반응혼합물은 상온으로 냉각하고 생성된 붉은색 잔여물을 여과하여 제거한다. 여액은 150 mL의 물로 묽힌 후에 AG1x4 클로라이드 레진을 넣고 공기 중에서 충분히 산화시키기 위해 24시간 동안 교반하였다. 상기 용액은 암모늄헥사플로오로포스핀 수용액에 적가하여 이온 교환된 금속 복합체의 침전물을 얻는다. 생성된 고체는 여과 후 물로 여러 번 씻어준 후 진공오븐에서 건조시켜 최종화합물 오스뮴(III) 복합체를 얻었다. (0.7 g, 49%) Anal. Calcd for C29H36F18N12OsP3: C, 29.57; H, 3.08; N, 14.27; Found: C, 29.50; H, 3.10; N, 14.27
2-2-4: [오스뮴(III)( N,N' -디메틸-2,2'-바이이미다졸) 2 ( N -(2-(2-(2-프로피닐-옥시)에톡시)에톡시)에틸 - N' -메틸-2,2'-바이이미다졸)] (헥사플루오로-포스핀) 3 의 합성 (Os-4)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000033
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 환류응축기, 기체유입구 및 온도계를 장착하고 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸 1.5 g (9.1 mmol), 암모늄헥사클로로 오스메이트(IV) 2.0 g (4.6 mmol)과 40 mL 의 에틸렌글리콜을 아르곤하에서 140 ℃로 24시간 동안 교반한다. N-(2-(2-(2-프로피닐옥시)에톡시)에톡시)에틸-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 1.5 g (4.6 mmol)은 15 mL 의 에틸렌글리콜에 녹인 후 상기 반응혼합물에 실린지를 이용해 넣었다. 이 혼합물은 다시 아르곤하에서 180 ℃로 24시간 동안 교반하였다. 반응 종류후 반응혼합물은 상온으로 냉각하고 생성된 붉은색 잔여물을 여과하여 제거한다. 여액은 400 mL의 물로 묽힌 후에 AG1x4 클로라이드 레진을 넣고 공기 중에서 충분히 산화시키기 위해 24시간 동안 교반하였다. 상기 용액은 암모늄헥사플로오로포스핀 수용액에 적가하여 이온 교환된 금속 복합체의 침전물을 얻는다. 생성된 고체는 여과 후 물로 여러 번 씻어준 후 진공오븐에서 건조시켜 최종화합물 오스뮴(III) 복합체를 얻었다. (2.8 g, 48%) Anal. Calcd for C32H42F18N12O3OsP3: C, 30.31; H, 3.34; N, 13.26; Found: C, 30.17; H, 3.48; N, 13.39
2-2-5: [오스뮴(III)( N,N' -디메틸-2,2'-바이이미다졸) 2 (6-헥산싸이올- N' -메틸-2,2'-바이이미다졸)] (헥사플루오로-포스핀) 3 의 합성 (Os-5)
Figure PCTKR2019012084-appb-I000034
100 mL의 3구 둥근 바닥 플라스크에 환류응축기, 기체유입구 및 온도계를 장착하고 N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸 0.9 g (5.4 mmol), 암모늄헥사클로로 오스메이트(IV) 1.2 g (2.7 mmol)과 20 mL 의 에틸렌글리콜을 아르곤하에서 140 ℃로 24시간 동안 교반한다. (6-헥산싸이올-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸 0.7 g (2.7 mmol)은 10 mL 의 에틸렌글리콜에 녹인 후 상기 반응혼합물에 실린지를 이용해 넣었다. 이 혼합물은 다시 아르곤하에서 180 ℃로 24시간 동안 교반하였다. 반응 종류후 반응혼합물은 상온으로 냉각하고 생성된 붉은색 잔여물을 여과하여 제거한다. 여액은 200 mL의 물로 묽힌 후에 AG1x4 클로라이드 레진을 넣고 공기 중에서 충분히 산화시키기 위해 24시간 동안 교반하였다. 상기 용액은 암모늄헥사플로오로포스핀 수용액에 적가하여 이온 교환된 금속 복합체의 침전물을 얻는다. 생성된 고체는 여과 후 물로 여러 번 씻어준 후 진공오븐에서 건조시켜 최종화합물 오스뮴(III) 복합체를 얻었다. (2.0 g, 60%) Anal. Calcd for C29H40F18N12S1OsP3: C, 28.69; H, 3.32; N, 13.85; Found: C, 28.41; H, 3.05; N, 13.61
실시예 3: 산화 환원 중합체의 합성
3-1: 산화 환원 중합체 (RP-1)의 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000035
100 mL의 2구 둥근 바닥플라스크에 고분자 전구체 P-1 (M n = 10,000 g/mol) 0.5 g 과 [오스뮴(III)(N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸)2(6-헥산싸이올-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸)] (헥사플루오로포스핀)3 (Os-5) 0.5 g을 넣고 40 mL의 디메틸포름아마이드에 녹인 후, 5분 동안 아르곤으로 탈기하였다. 반응혼합물에 아조비스아이소니트릴(AIBN: Azobisisobyutyronitile) 10 mg 을 넣고 60 ℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종류 후 반응혼합물은 에틸아세테이트 용액에 부어 침전물을 생성시킨다. 용매는 따라 버리고 생성된 고체는 아세토나이트릴 80 mL 에 다시 녹인 후 AG1x4 클로라이드 레진과 물 (250 mL)을 넣어 24시간 동안 교반하였다. 고분자 용액은 감압 농축한 후 (50 mL) 저분자량 (3,000 g/mol 이하)의 물질들을 제거하기 위해 투석 (dialysis)을 하였다. 투석된 고분자 용액은 동결 건조하여 최종 산화-환원 중합체 RP-1을 얻었다. (0.7 g, 수율: 80%)
3-2: 산화 환원 중합체 (RP-2)의 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000036
250 mL의 2구 둥근 바닥플라스크에 고분자 전구체 P-2 (8,800 g/mol) 0.9 g 과 [오스뮴(III)(N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸)2(6-헥산싸이올-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸)] (헥사플루오로포스핀)3 (Os-5) 1.9 g을 넣고 100 mL의 디메틸포름아마이드에 녹인 후, 5분 동안 아르곤으로 탈기하였다. 반응혼합물에 아조비스아이소니트릴(AIBN: Azobisisobyutyronitile) 20 mg 을 넣고 60 ℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종류 후 반응혼합물은 에틸아세테이트 용액에 부어 침전물을 생성시킨다. 용매는 따라 버리고 생성된 고체는 아세토나이트릴 100 mL 에 다시 녹인 후 AG1x4 클로라이드 레진과 물 (300 mL)을 넣어 24시간 동안 교반하였다. 고분자 용액은 감압 농축한 후 (50 mL) 저분자량 (3,000 g/mol 이하)의 물질들을 제거하기 위해 투석 (dialysis)을 하였다. 투석된 고분자 용액은 동결 건조하여 최종 산화-환원 중합체 RP-2를 얻었다. (2.4 g, 수율: 85%)
3-3: 산화 환원 중합체 (RP-3)의 합성
Figure PCTKR2019012084-appb-I000037
100 mL의 2구 둥근 바닥플라스크에 고분자 전구체 P-3 0.5 g을 30 mL의 디메틸포름아마이드에 녹인 후 15 mL의 디메틸포름아마이드에 녹인 [오스뮴(III)(N,N'-디메틸-2,2'-바이이미다졸)2(N-부티닐-N'-메틸-2,2'-바이이미다졸)]-(헥사플루오로포스핀)3 (Os-1) 0.4 g을 넣었다. 반응혼합물에 구리(I) 촉매 (CuTc: Copper(I)thiophene carboxylate) 10 mg 을 넣고 상온에서 24시간 동안 교반하였다. 반응 종류 후 반응혼합물은 에틸아세테이트 용액에 부어 침전물을 생성한다. 용매는 따라 버리고 생성된 고체는 아세토나이트릴 50 mL 에 다시 녹이고 AG1x4 클로라이드 레진과 물 (150 mL)을 넣어 24시간 동안 교반하였다. 고분자 용액은 감압 농축한 후 (50 mL) 저분자량 (10,000 g/mol 이하)의 물질들을 제거하기 위해 투석 (dialysis)을 하였다. 투석된 고분자 용액은 동결 건조하여 최종 산화-환원 중합체 RP-3을 얻었다. (0.6 g, 수율: 75%)
실험예 4: 순환 전압 전류법을 이용한 본 발명에 따른 전자 전달 매개체용 산화-환원 중합체와 Os 복합체의 전기화학적 특성 확인
본 발명에 따른 폴리알릴클라이시딜 에터 기반의 중합체 및 전이금속 착체로서 Os 복합체를 포함하는 산환-환원 중합체의 전자 전달 매개체로서의 성능을 확인하기 위하여, 다음과 같은 실험방법에 따라 순환 전압 전류법을 이용한 전기화학적 특성을 측정하였다.
실험방법
① 오스뮴 복합체(Os-1, 2, 3, 4, 5 :PF6 음이온)는 각 20 mg을 0.1 M 테트라부틸 암모늄 퍼클로레이트(Tetrabutylammonium perchlorate) 아세토나이트릴 용액 5 mL에 녹이고 산화 환원 중합체(RP-1, 2, 3: Cl 음이온)는 각 20 mg을 와 0.1 M 염화나트륨(sodium chloride) 용액 5 mL에 녹였다.
② 용액 안의 산소를 제거하기 위해 5~10 분 동안 아르곤으로 탈기한다.
③ 산소가 탈기된 상기 용액에 작동 전극, 기준 전극, 대향 전극을 연결하고 아르곤하에서 전압의 변화에 따른 전기적 신호 변화를 측정하였다.
④ 이 실험결과를 각각 도 1 및 2 와 표 1 및 2에 나타내었다.
실험재료/조건
작동전극(working electrode): 유리탄소 전극 (dia: 3.0 mm)
기준전극(Reference electrode): Ag/AgCl 전극
대향전극(Counter electrode): 백금 로드(Platinum rod)
시험 파라미터
-장비: EmStat(PalmSens Co.)
-Technique: cyclic voltammetry
-Potential range: -1.0 ~ 1.0 V
-Scan rate: 10 mV/s
Figure PCTKR2019012084-appb-T000001
Figure PCTKR2019012084-appb-T000002
도 1,2 및 표 1,2 에서 나타낸 것과 같이 총 5 종의 오스뮴 복합체와 총 3 종의 산화-환원 중합체 순환 전압 전류 곡선을 측정한 결과 각 화합물들은 모두 거의 동일한 위치에서 산화-환원 전위가 나타남을 확인했다. 따라서 본 발명에 따른 산화-환원 중합체의 전자전달 매개체로서의 성능은 단일 오스뮴 복합체와 동일함을 간접적으로 확인할 수 있다.

Claims (24)

  1. 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리알릴글라이시딜에터에 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능기가 도입된 것인, 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 폴리알릴글라이시딜에터(PAGE) 호모중합체, 폴리알릴글라이시딜에터-폴리메틸메타크릴레이트(PAGE-PMMA) 공중합체, 폴리알릴글라이시딜에터-폴리에틸렌옥사이드(PAGE-PEO) 공중합체, 폴리알릴글라이시딜에터-폴리스티렌(PAGE-PS) 공중합체, 폴리스티렌-폴리알릴글라이시딜에터-폴리에틸렌옥사이드(PS-PAGE-PEO) 공중합체 및 폴리메틸메타크릴레이트-폴리알릴글라이시딜에터-폴리에틸렌옥사이드(PMMA-PAGE-PEO) 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 것인 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체.
  4. 제1항에 있어서, 하기 화학식 1 또는 2의 구조를 갖는 것인, 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000038
    [화학식 2]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000039
    상기 화학식 1 또는 2에 있어서,
    RT 및 RL 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 L1 내지 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되며;
    상기 AD1 내지 AD2는 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 o는 10 내지 300 의 정수이고;
    상기 p는 0 내지 300 의 정수이고;
    상기 q는 10 내지 300 의 정수이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 RT 및 RL 은 각각 독립적으로 분자량 1,000 g/mol ~ 50,000 g/mol의 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌글라이콜(PEG), 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐이미다졸(PVI), 폴리비닐피리딘(PVP) 및 폴리실록산(PDMS)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인, 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체.
  6. 제2항에 있어서, 상기 기능기는 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능기를 갖는 싸이올계 화합물을 사용하여 클릭 반응에 의해 도입된 것을 특징으로 하는, 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 싸이올계 화합물은 하기 화학식 3의 화합물인 것인, 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체:
    [화학식 3]
    HS-L3-AD3
    상기 L3은 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 AD3은 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  8. 제1항에 있어서, 1,000 g/mol 내지 500,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량을 갖는, 산화-환원 고분자 재료 제조용 중합체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 중합체를 포함하는 전기화학적 센서용 산화-환원 고분자 재료.
  10. 제9항에 있어서, 상기 중합체에 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능기 및 전이금속착체가 결합된 것을 특징으로 하는, 산화-환원 고분자 재료.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전이금속착체는 하기 화학식 4의 구조를 갖는 것인, 산화-환원 고분자 재료:
    [화학식 4]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000040
    상기 식에서,
    M 은 Os, Rh, Ru, Ir, Fe 및 Co 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 전이금속이고;
    상기 식에서, LG1 및 LG2는 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
    LG3 및 LG4는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
    LG5 및 LG6는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000041
    [화학식 6]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000042
    [화학식 7]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000043
    상기 R1, R2 및 R＇1 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 에틸렌 글라이콜기 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 R3 내지 R20은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 L4는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 ＡＤ４는 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택된다.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 전이금속착체는 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 기능기로 기능화된 것인, 산화-환원 고분자 재료.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기능화된 전이금속착체는 하기 화학식 8(a), 8(b) 또는 8(c)의 구조를 갖는 것인, 산화-환원 고분자 재료:
    [화학식 8a]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000044
    [화학식 8b]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000045
    [화학식 8c]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000046
  14. 제10항에 있어서, 하기 화학식 9 또는 10의 구조를 갖는, 산화-환원 중합체 재료:
    [화학식 9]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000047
    [화학식 10]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000048
    상기 화학식 9 또는 10에서,
    RT 및 RL 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 L1 내지 L2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 AD1는 1차 및 2차 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 o는 0 내지 300 의 정수이고;
    상기 p는 0 내지 300 의 정수이고;
    상기 q는 10 내지 300 의 정수이다.
    M 은 Os, Rh, Ru, Ir, Fe 및 Co 로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 전이금속이고;
    상기 식에서, LG1 및 LG2는 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
    LG3 및 LG4는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
    LG5 및 LG6는 각각 서로 합쳐져 하기 화학식 5 내지 7로부터 선택되는 바이덴테이트 리간드를 형성하고;
    [화학식 5]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000049
    [화학식 6]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000050
    [화학식 7]
    Figure PCTKR2019012084-appb-I000051
    상기 R1, R2 및 R＇1 은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 에틸렌 글라이콜기 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 R3 내지 R20은 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 40의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알코올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬할로젠기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 싸이올기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 20의 알킬아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 30의 아릴아자이드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 50의 아릴알킬아미노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 40의 알키닐기, 시아노기, 할로겐기, 중수소 및 수소로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    상기 L4는 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬렌기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 에틸렌 글라이콜기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기 및 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군으로부터 선택되고;
    X는 트라이아졸기, 에터, 싸이올에터, 아마이드기, 우레아기, 우레탄기 또는 실란기와 같은 작용기를 포함하는 군으로부터 선택된다.
  15. (a) 알릴글라이시딜에터를 개시제 존재하에 중합시켜 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 고분자 전구체를 제조하는 단계; 및
    (b) 상기 단계 (a)에서 제조된 고분자 전구체에 아민기, 암모늄기, 할로젠기, 에폭시기, 아자이드기, 아크릴레이트기, 알케닐기, 알키닐기, 싸이올기, 이소시아네이트, 알코올기, 및 실란기로 이루어진 군으로부터 선택되는 작용기 및 전이금속착체를 도입하여 을 제조하는 단계를 포함하는,
    제9항에 따른 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 중합체 재료의 제조방법.
  16. 제9항에 따른 폴리알릴글라이시딜에터 기반의 산화-환원 중합체 재료를 전극에 코팅한 후, 코팅된 전극을 경화시키는 단계를 포함하는, 전자전달매개체의 제조방법.
  17. 제16항에 따른 제조방법에 의해 제조된 전자전달매개체.
  18. 제16항에 따른 제조방법에 의해 제조된 전자전달매개체를 포함하는 전기화학적 바이오센서.
  19. 액체성 생체시료를 산화환원시킬 수 있는 효소; 및
    제16항에 따른 제조방법에 의해 제조된 전자전달매개체를 포함하는 전기화학적 바이오센서용 센싱 막.
  20. 제19항에 있어서, 상기 효소는
    탈수소효소 (dehydrogenase), 산화효소 (oxidase), 및 에스테르화효소 (esterase)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화환원효소; 또는
    탈수소효소, 산화효소, 및 에스테르화효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 산화환원효소와 플라빈 아데닌 디뉴클레오타티드 (flavin adenine dinucleotide, FAD), 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 (nicotinamide adenine dinucleotide, NAD), 및 피롤로퀴놀린 퀴논 (Pyrroloquinoline quinone, PQQ)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 보조인자를 포함하는 것인, 전기화학적 바이오센서용 센싱 막.
  21. 제20항에 있어서 상기 산화환원효소는 37℃ 완충용액에서 1주일 동안 70% 이상의 활성도를 유지할 수 있는 글루코오스 탈수소효소인 것인, 전기화학적 바이오센서용 센싱 막.
  22. 제19항에 있어서, 카본 나노튜브를 더 포함하는, 전기화학적 바이오센서용 센싱 막.
  23. 제19항에 따른 전기화학적 바이오센서용 센싱 막을 포함하는 전기화학적 바이오센서.
  24. 제23항에 있어서, 상기 센서는 연속적인 혈당 모니터링 센서인 것인, 전기화학적 바이오센서.
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