WO2022158883A1 - 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 및 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법 - Google Patents
식품 품질감지용 마이크로니들 패치 및 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022158883A1 WO2022158883A1 PCT/KR2022/001059 KR2022001059W WO2022158883A1 WO 2022158883 A1 WO2022158883 A1 WO 2022158883A1 KR 2022001059 W KR2022001059 W KR 2022001059W WO 2022158883 A1 WO2022158883 A1 WO 2022158883A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- food
- microneedle
- patch
- microneedle patch
- food quality
- Prior art date
Links
- 235000013305 food Nutrition 0.000 title claims abstract description 151
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 65
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 58
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 58
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 58
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 36
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Chemical compound CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims description 23
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 22
- GWOLZNVIRIHJHB-UHFFFAOYSA-N 11-mercaptoundecanoic acid Chemical compound OC(=O)CCCCCCCCCCS GWOLZNVIRIHJHB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 14
- NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N N-Hydroxysuccinimide Chemical compound ON1C(=O)CCC1=O NQTADLQHYWFPDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 12
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 12
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 12
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 12
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 12
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 12
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000009739 binding Methods 0.000 claims description 11
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 11
- 239000004626 polylactic acid Substances 0.000 claims description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 6
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 claims description 6
- 239000004410 anthocyanin Substances 0.000 claims description 6
- 229930002877 anthocyanin Natural products 0.000 claims description 6
- 235000010208 anthocyanin Nutrition 0.000 claims description 6
- 150000004636 anthocyanins Chemical class 0.000 claims description 6
- VEVZSMAEJFVWIL-UHFFFAOYSA-O cyanidin cation Chemical compound [O+]=1C2=CC(O)=CC(O)=C2C=C(O)C=1C1=CC=C(O)C(O)=C1 VEVZSMAEJFVWIL-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- KZMACGJDUUWFCH-UHFFFAOYSA-O malvidin Chemical compound COC1=C(O)C(OC)=CC(C=2C(=CC=3C(O)=CC(O)=CC=3[O+]=2)O)=C1 KZMACGJDUUWFCH-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 6
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 6
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 6
- ZPLCXHWYPWVJDL-UHFFFAOYSA-N 4-[(4-hydroxyphenyl)methyl]-1,3-oxazolidin-2-one Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1CC1NC(=O)OC1 ZPLCXHWYPWVJDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- BELBBZDIHDAJOR-UHFFFAOYSA-N Phenolsulfonephthalein Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C1(C=2C=CC(O)=CC=2)C2=CC=CC=C2S(=O)(=O)O1 BELBBZDIHDAJOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 5
- CEQFOVLGLXCDCX-WUKNDPDISA-N methyl red Chemical group C1=CC(N(C)C)=CC=C1\N=N\C1=CC=CC=C1C(O)=O CEQFOVLGLXCDCX-WUKNDPDISA-N 0.000 claims description 5
- 229960003531 phenolsulfonphthalein Drugs 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- GCPYCNBGGPHOBD-UHFFFAOYSA-N Delphinidin Natural products OC1=Cc2c(O)cc(O)cc2OC1=C3C=C(O)C(=O)C(=C3)O GCPYCNBGGPHOBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims description 3
- 235000007336 cyanidin Nutrition 0.000 claims description 3
- 235000007242 delphinidin Nutrition 0.000 claims description 3
- JKHRCGUTYDNCLE-UHFFFAOYSA-O delphinidin Chemical compound [O+]=1C2=CC(O)=CC(O)=C2C=C(O)C=1C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 JKHRCGUTYDNCLE-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 235000009584 malvidin Nutrition 0.000 claims description 3
- HKUHOPQRJKPJCJ-UHFFFAOYSA-N pelargonidin Natural products OC1=Cc2c(O)cc(O)cc2OC1c1ccc(O)cc1 HKUHOPQRJKPJCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000006251 pelargonidin Nutrition 0.000 claims description 3
- XVFMGWDSJLBXDZ-UHFFFAOYSA-O pelargonidin Chemical compound C1=CC(O)=CC=C1C(C(=C1)O)=[O+]C2=C1C(O)=CC(O)=C2 XVFMGWDSJLBXDZ-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 229930015721 peonidin Natural products 0.000 claims description 3
- 235000006404 peonidin Nutrition 0.000 claims description 3
- XFDQJKDGGOEYPI-UHFFFAOYSA-O peonidin Chemical compound C1=C(O)C(OC)=CC(C=2C(=CC=3C(O)=CC(O)=CC=3[O+]=2)O)=C1 XFDQJKDGGOEYPI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 229930015717 petunidin Natural products 0.000 claims description 3
- 235000006384 petunidin Nutrition 0.000 claims description 3
- AFOLOMGWVXKIQL-UHFFFAOYSA-O petunidin Chemical compound OC1=C(O)C(OC)=CC(C=2C(=CC=3C(O)=CC(O)=CC=3[O+]=2)O)=C1 AFOLOMGWVXKIQL-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 11
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 16
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 10
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000220225 Malus Species 0.000 description 6
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)-N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C(=O)NCCC(N1CC2=C(CC1)NN=N2)=O VZSRBBMJRBPUNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 5
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical group CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VHRGRCVQAFMJIZ-UHFFFAOYSA-N cadaverine Chemical compound NCCCCCN VHRGRCVQAFMJIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 230000009545 invasion Effects 0.000 description 4
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229920000747 poly(lactic acid) Polymers 0.000 description 4
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 4
- KIDHWZJUCRJVML-UHFFFAOYSA-N putrescine Chemical compound NCCCCN KIDHWZJUCRJVML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 description 4
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 description 4
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 4
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000015278 beef Nutrition 0.000 description 3
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 3
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 3
- LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-4-nitrotoluene Chemical compound CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1Cl LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000008936 Biogenic Amine Receptors Human genes 0.000 description 2
- 108010088628 Biogenic Amine Receptors Proteins 0.000 description 2
- 239000005700 Putrescine Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- TUGGFUSCPLPUFY-UHFFFAOYSA-N 3-triethoxysilylpropan-1-amine Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN.CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN TUGGFUSCPLPUFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 235000021016 apples Nutrition 0.000 description 1
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 238000004520 electroporation Methods 0.000 description 1
- 239000005003 food packaging material Substances 0.000 description 1
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007927 intramuscular injection Substances 0.000 description 1
- 238000010255 intramuscular injection Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002547 new drug Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 230000005070 ripening Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 1
- 230000008591 skin barrier function Effects 0.000 description 1
- 210000004927 skin cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000001509 sodium citrate Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 210000000434 stratum corneum Anatomy 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013271 transdermal drug delivery Methods 0.000 description 1
- HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K trisodium citrate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]C(=O)CC(O)(CC([O-])=O)C([O-])=O HRXKRNGNAMMEHJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229940038773 trisodium citrate Drugs 0.000 description 1
- 238000002255 vaccination Methods 0.000 description 1
- 229960005486 vaccine Drugs 0.000 description 1
- 230000002792 vascular Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
- A61M37/00—Other apparatus for introducing media into the body; Percutany, i.e. introducing medicines into the body by diffusion through the skin
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/02—Food
Definitions
- the present invention relates to a microneedle patch for food quality detection and a method for manufacturing a microneedle patch for food quality detection. It relates to a microneedle patch for quality detection.
- the microneedle is a system that delivers active ingredients into the skin through the stratum corneum, which is the skin barrier layer. It is a new system that combines the efficacy of the existing syringe with the convenience of a patch. Since it was first introduced at Georgia Tech in 1997, it has been developed and used as a new drug delivery method in various fields of cosmetics, medicine, and vaccines.
- microneedles developed in various forms in various fields. It has been extensively developed for transdermal drug delivery over the years. In particular, the meaningful clinical research results so far have rapidly advanced the commercialization of microneedle technology. In order to replace vascular and intramuscular injections, disposable microneedles that can be disposed of after mounting a conventional disposable syringe like a microneedle integrated with a device and an injection needle have been developed to effectively inject fluids. On the other hand, products in the form of microneedle patches containing drugs are being developed centered on vaccination and cosmetic fields. In addition, microtechnology for commercialization is currently being applied to blood glucose sensors and to improve drug delivery rate through integration with existing technologies such as electroporation.
- microneedles are currently widely used in the medical and skin care fields, but there is no application case in the food field yet.
- Korean Patent Laid-Open No. 2020-0058078 discloses a fresh food packaging material having a microneedle array formed therein.
- the microneedle is located on the upper layer of the container cover, so it does not touch the food surface, so it is generated from food remotely. Since it is a configuration that can only sense volatile gas, there is a limitation in that the change in food quality cannot be sensed by directly sensing the material change occurring inside the food.
- the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a sensing system capable of measuring and monitoring changes in the internal quality of food in real time.
- Another object of the present invention is to provide a sensing system that minimizes the destruction of food by efficiently contacting an internal factor without a pretreatment process of the food.
- Another object of the present invention is to provide an economical sensing system capable of high-sensitivity multi-sensing while reducing manufacturing cost by adopting a sensing system having a simple structure.
- Another object of the present invention is to provide an economical sensing system capable of high-sensitivity multi-sensing at a low cost by improving surface sensing sensitivity.
- the present invention provides a microneedle patch for detecting food quality, comprising: a patch base mounted on food; and a plurality of microneedles protruding from the bottom surface of the patch base and inserted into the food.
- the microneedle patch for detecting food quality includes: an extract receiving groove which is concave and formed on the upper surface of the patch base and into which the food extract is introduced; and a flow hole formed in the patch base so as to communicate with the extract receiving groove.
- the patch base is characterized in that it is formed of a thin film formed of a flexible material.
- the patch base material is selected from polylactic acid (PLA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PU), and polyamide (PA, Nylon) do it with
- the length of the microneedles is 100 ⁇ 650 ⁇ m, it is characterized in that the interval between the microneedles is 500 ⁇ 1,500 ⁇ m.
- the flow hole is characterized in that it is perforated in a structure in which the backflow of the food extract accommodated in the extract receiving groove is minimized (the upper part is wide and the lower part is narrow).
- the sensing means is disposed on the patch base and characterized in that it is composed of a sensing paper reacting with the food extract.
- the sensing means is characterized in that it includes an indicator that reacts with a substance in the food extract to indicate a color change.
- the indicator is methyl red (Methyl red), bromothymol blue (Bromothymol blue), phenol red (Phenol red) and anthocyanins (Anthocyanins: Pelargonidin, Cyanidin, Peonidin, Delphinidin, Petunidin, selected from the group consisting of Malvidin) It is characterized in that it contains one or more kinds of being.
- the microneedle patch for detecting food quality may include: a signal transmitting means interlocking with the microneedle to transmit physical and chemical properties of a material inside the food; and a sensitivity improvement coating layer interlocked with the signal transmission means and laminated on the outer surface of the microneedle.
- the signal transmission means is characterized in that it is formed on the surface of the microneedle.
- microneedle patch is characterized in that it further comprises a bioreceptor coupled to the sensitivity improvement coating layer.
- the signal transmission means is made of a conductive material, it is characterized in that the physical and chemical properties of the analyte material in the food accommodated in the bioreceptor are sensed through the sensitivity improving coating layer.
- the sensitivity improvement coating layer is characterized in that the coating layer is formed of gold nanoparticles or silver nanoparticles.
- the present invention provides a patch base to be seated on food, a plurality of microneedles protruding from the bottom of the patch base and inserted into the food, and physical and chemical properties of the material inside the food by interlocking with the microneedles.
- a signal transmission means for transmitting or synthesizing a gold nanoparticle solution
- binding a bioreceptor to the coated silver nanoparticles or gold nanoparticles.
- the step of binding the bioreceptor dissolving 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA) in ethanol; immersing the microneedles coated with the silver nanoparticles or gold nanoparticles in the 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA) ethanol solution; Dissolving 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC) and N-Hydroxysuccinimide (NHS) in distilled water and pre-reacting; and immersing the microneedles coated with the silver nanoparticles or gold nanoparticles in the pre-reacted EDC/NHS solution to react.
- EDC 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide
- NHS N-Hydroxysuccinimide
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a microneedle patch for detecting food quality according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a microneedle patch for detecting food quality according to another embodiment of the present invention.
- FIG 3 is a cross-sectional view of a microneedle patch for detecting food quality according to another embodiment of the present invention.
- Figure 4 is a view showing the production specifications of the microneedle patch for food quality detection of Example 1-1 of the present invention.
- Figure 5 is a view showing the production specifications of the microneedle patch for food quality detection of Example 1-2 of the present invention.
- FIG. 6 is a process for manufacturing a microneedle patch for detecting food quality according to an embodiment of the present invention.
- Example 7 is a photograph showing a form in which the microneedle patch of Example 1-2 of the present invention is attached to the surface of an apple.
- Example 9 is a detection result of two representative biogenic amines most frequently occurring in meat using the microneedle sensing patch of Example 1-2 of the present invention.
- FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views of a microneedle patch for detecting food quality according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 13 is a schematic diagram showing a method of manufacturing a microneedle patch for food quality sensing according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 14 is an enlarged view of area B of FIG. 12 ;
- FIG. 15 is a graph of UV/Vis spectrum results obtained by measuring the size of gold nanoparticles of Example 3.
- FIG. 15 is a graph of UV/Vis spectrum results obtained by measuring the size of gold nanoparticles of Example 3.
- 16 is a graph showing the results of measuring the average size and dispersion of the gold nanoparticles of Example 3 through DLS analysis.
- FIG 17 is a graph showing the result of confirming that gold nanoparticles were coated on the surface of the microneedle of Example 4 through atomic force microscope (AFM).
- Example 19 is a graph confirming the binding of the gold nanoparticles of Example 5 to the biogenic amine receptor (11-MUA/EDC/NHS) through UV/Vis spectrum analysis.
- the present invention provides a microneedle patch for food quality detection, comprising: a patch base mounted on food; and a plurality of microneedles protruding from the bottom surface of the patch base and inserted into the food.
- the quality of food changes moment by moment over time, and the change takes on various aspects depending on various factors and storage environment. That is, fundamentally, the pattern of change according to the type of food is different. For example, even fruits belonging to the same type may have large differences depending on the variety, and if the cultivation region and cultivation environment are different, there may be a large difference in the degree and pattern of ripening/degeneration of the fruit. In addition, even in the case of the same type of meat, there may be a big difference in quality change according to parts, grades, protein and fat composition ratios, packaging conditions, etc.
- the present invention devised a non-destructive, minimally invasive microneedle patch structure from such a limitation point, so that changes in food internal substances can be continuously monitored in real time.
- One aspect of the present invention provides a microneedle patch for detecting food quality, comprising: a patch base mounted on food; a plurality of microneedles protruding from the bottom surface of the patch base and inserted into the food; an extract receiving groove which is concave and formed on the upper surface of the patch base and into which a food extract is introduced; and a flow hole formed in the patch base to communicate with the extract receiving groove.
- the microneedle patch for detecting food quality of the present invention consists of the following (FIG. 1):
- an extract receiving groove 13 which is concave and formed on the upper surface of the patch base and into which the food extract is introduced;
- the patch base 11 is preferably formed of a thin film of a flexible material, polylactic acid (PLA), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PU) or It may be selected from materials of polyamide (PA, Nylon).
- PLA polylactic acid
- PE polyethylene
- PP polypropylene
- PET polyethylene terephthalate
- PU polyurethane
- PA polyamide
- the microneedle 12 for detecting food quality of the present invention is used for a certain period of time in close contact with food. It is a flexible material to increase airtightness when in contact with the food surface and can be used for food packaging according to the Food Sanitation Act.
- polylactic acid PMMA
- PE polyethylene
- PP polypropylene
- PET polyethylene terephthalate
- PU polyurethane
- PA polyamide
- Nylon polyamide
- the length of the microneedles 12 is 100 ⁇ 650 ⁇ m, it is preferable that the interval between the microneedles 12 is 500 ⁇ 1,500 ⁇ m. In the case of the microneedle 12 of the present invention, it is preferable to minimize the possible invasion into the food in order to minimize the destruction of the food tissue and deterioration thereof, but the length of the needle is set above to obtain sufficient food extract for sensing.
- the length of the microneedle 12 is less than 100 ⁇ m, it does not function enough to extract the food internal material, and if it is more than 650 ⁇ m, the destruction of the internal tissue of the food is excessive, and the deterioration of food due to the micro needle 12 is prevented. It can cause undesirable
- the interval between the microneedles 12 is less than 500 ⁇ m, the interval between the needles is too tight, so that the invasive areas of the neighboring needles are connected to cause excessive damage to food, and the internal pressure of the needle patch surface Invasion is difficult, and when it exceeds 1,500 ⁇ m, it is difficult to sufficiently extract the substances inside the food, so the effect of quality monitoring is lowered.
- the flow hole 14 is preferably in the form of a perforated structure in the upper gwanghahyeok (wide top is wide and the bottom is narrow) so that the backflow of the food extract accommodated in the extract receiving groove 13 is minimized. . That is, as can be seen in FIG. 2 , the width of the upper surface of the extract receiving groove 13 side is wider than the width of the lower end in contact with the surface of the food, so that the food extract is once in the extract receiving groove 13 . It is constructed so that it is difficult to flow to the bottom after being accommodated.
- the microneedle patch for detecting food quality of the present invention may include a sensing means 15 for detecting the physical and chemical properties of the food extract accommodated in the extract receiving groove 13 (FIG. 3).
- the sensing means 15 is a means for sensing a change in physical and chemical quality of conventional food, and can come into contact with the extract accommodated in the extract receiving groove 13 at the top of the microneedle patch. It can be used without limitation as long as it has a structure and shape, and in particular, it is preferably composed of a sensing paper that is disposed on the top of the patch base 11 and reacts with the food extract.
- the sensing means 15 reacts with substances in the food extract to exhibit color change, such as methyl red, bromothymol blue, phenol red, and anthocyanins (Anthocyanins: Pelargonidin, Cyanidin, Peonidin, Delphinidin, Petunidin, Malvidin) and the like).
- substances in the food extract such as methyl red, bromothymol blue, phenol red, and anthocyanins (Anthocyanins: Pelargonidin, Cyanidin, Peonidin, Delphinidin, Petunidin, Malvidin) and the like).
- the sensing means 15 is a conductive metal layer such as gold or silver or PEDOT (poly 3,4-ethylene dioxythio-phene), polyaniline (polyaniline), polyacetylene (polyacetylene), polythiophene (polythiophene), polypyrrole (A electrochemical method by receiving a signal transmitted by a conductive material such as a conductive polymer layer such as polypyrrole) or a conductive carbon layer such as graphite, graphene, or CNT, or an optical method such as plasmon resonance absorption of nanoparticles and incident light It may be a configuration means for measuring the detection signal by means of the like.
- PEDOT poly 3,4-ethylene dioxythio-phene
- PEDOT poly 3,4-ethylene dioxythio-phene
- polyaniline polyaniline
- polyacetylene polyacetylene
- polythiophene polythiophene
- polypyrrole An electrochemical method by receiving a signal transmitted by a conductive material such as
- One aspect of the present invention provides a microneedle patch for detecting food quality, comprising: a patch base mounted on food; a plurality of microneedles protruding from the bottom surface of the patch base and inserted into the food; a signal transmitting means interlocking with the microneedle to transmit physical and chemical properties of the material inside the food; and a sensitivity improvement coating layer that is interlocked with the signal transmission means and is laminated on the outer surface of the microneedle.
- the microneedle patch for detecting food quality of the present invention is composed of the following ( FIGS. 10 and 11 ):
- a signal transmitting means 23 interlocking with the microneedle to transmit physical and chemical properties of the material inside the food
- the patch base 21 may be formed of a thin film formed of a flexible material, polylactic acid (PLA), polyethylene (PE), It may be selected from a material of polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyurethane (PU), or polyamide (PA, Nylon).
- PVA polylactic acid
- PE polyethylene
- PP polypropylene
- PET polyethylene terephthalate
- PU polyurethane
- PA polyamide
- Nylon polyamide
- polylactic acid polyethylene
- PE polypropylene
- PET polyethylene terephthalate
- PA polyamide
- Nylon polyamide
- the length of the microneedles 22 is 100 ⁇ 650 ⁇ m, it is preferable that the interval between the microneedles 22 is 500 ⁇ 1,500 ⁇ m.
- the microneedle 22 of the present invention it is desirable to minimize the possible invasion into the food in order to minimize the destruction of the food tissue and deterioration thereof, but the length of the needle for sufficient contact with the food internal material for sensing. It is preferable to adjust in the above range.
- the length of the microneedle 22 when the length of the microneedle 22 is less than 100 ⁇ m, it does not function sufficiently to contact the food inside material, and when it exceeds 650 ⁇ m, the destruction of the internal tissue of the food is excessive, so that the deterioration of food due to the micro needle 22 is prevented. It can cause undesirable
- the interval between the microneedles 22 is less than 500 ⁇ m, the interval between the needles is too tight, so that the invasive area of the neighboring needles is connected to cause excessive damage to food, and the internal pressure of the needle patch surface It is difficult to invade, and if it exceeds 1,500 ⁇ m, it is difficult to sufficiently contact the material inside the food, so the effect of quality monitoring is reduced.
- the signal transmission means 23 is formed on the surface of the microneedle (FIG. 10) or constitutes the microneedle itself (FIG. 11), so that when the microneedle is inserted into the food, it is in direct contact with the internal material. It is designed to detect internal quality.
- the signal transmission means 23 detects the physical and chemical properties of the material inside the food, and connects the sensitivity improvement coating layer and the surface of the top of the microneedle, so long as it has a configuration that can serve to transmit a detection signal, it can be used without limitation, By transmitting a signal to a sensing means (not shown) that may be formed on the upper surface of the microneedle patch, the sensing signal is finally measured by an electrochemical method or an optical method such as plasmon resonance absorption of nanoparticles and incident light. .
- the signal transmitting means 23 is a conductive metal layer such as gold or silver, or PEDOT (poly 3,4-ethylene dioxythio-phene), polyaniline, polyacetylene, polythiophene, polypyrrole. It may be composed of a conductive polymer layer such as (polypyrrole) or a conductive carbon layer such as graphite, graphene, and CNT.
- the bioreceptor 25 may be coupled to the sensitivity improving coating layer 24, and the signal transmission means 23 is made of a conductive material, so that The physical and chemical properties of the analyte can be detected and transmitted through the sensitivity improvement coating layer.
- the signal transmitting means 23 for transmitting the quality signal of the material inside the food is made in the form of a microneedle (23, FIG. 11) or is formed on the surface of the microneedle (23, FIG. 10)
- the function of the signal transmission means 23 can be improved by laminating the sensitivity improving coating layer 24 on the outer surface of the microneedle 22 .
- Such a sensitivity improvement coating layer 24 may be used without limitation in a configuration capable of improving the sensitivity of the detection sensor, for example, in the form of coating nanoparticles on the surface of the microneedle as a single layer, or on the entire surface of the microneedle patch.
- Including a form in which the particles are coated in a single layer, a form in which two nanoparticles are coated in a double layer on the surface of the microneedle or the entire surface of the microneedle patch, a form in which two nanoparticles are mixed and coated on the surface of the microneedle or the entire surface of the microneedle patch, etc. can do.
- the sensitivity improving coating layer 24 may be a coating layer formed of gold nanoparticles or silver nanoparticles.
- FIG. 12 is an enlarged view of part A of FIG. 10 and an enlarged cross-section of gold nanoparticles or silver nanoparticles used as the sensitivity improving coating layer 24 .
- the method for manufacturing a microneedle patch for food quality sensing includes the following steps (FIG. 13):
- the patch base 21 that is seated on the food, the plurality of microneedles 22 protruding from the bottom of the patch base and inserted into the food, and the microneedle are interlocked to transmit the physical and chemical properties of the material inside the food.
- the method for manufacturing a microneedle patch for food quality detection comprising: means 23;
- the sensitivity improvement coating layer 24 is the sensitivity improvement coating layer 24,
- the step of binding the bioreceptor 25 may include the following process:
- 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA) ethanol solution immersing the microneedles coated with the silver nanoparticles or gold nanoparticles in the 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA) ethanol solution;
- FIG. 14 is an enlarged view of area B of FIG. 12 , in which silver nanoparticles or gold nanoparticles 24 and bioreceptor 25 on the surface of the microneedle 22 after bonding the bioreceptor 25 are combined. was shown.
- a microneedle patch based on PLA was manufactured in accordance with the specification of FIG. 4 with the number of microneedles of 10 * 10 (Example 1-1).
- a microneedle patch based on PLA was manufactured with the number of microneedles 4*4 according to the specification of FIG. 5 (Example 1-2).
- Example 1-1 After preparing a color change indicator that responds to cadaverine and putrescine, which are biogenic amines that are quality change factors of foods such as meat, the paper that has been subjected to a dipping coating process according to the manufacturing process shown in FIG.
- the microneedle patch of Example 1-1 was fixed so as to be in contact with the extract receiving groove on the upper surface.
- FIG. 7 is a photograph showing the form in which the microneedle of Example 1-2 is attached to the surface of an apple
- FIG. 8 is an image of analyzing the pericarp cell structure of the microneedle-invading apple .
- the sample can be sampled by controlling the internal invasion within a range of several hundred ⁇ m from the surface of the apple.
- FIG. 9 is a photograph showing the detection result of biogenic amine using the microneedle and paper-based sensing patch of Example 1-1.
- beef among meat it shows color change according to detection in the range of 0 ⁇ 500 ⁇ g/mL of cadaverine and putrescine, which are representative biogenic amines representing quality indicators.
- the quality change can be confirmed by the color change in 4 steps that can be distinguished at 10, 50, 100, and 200 ⁇ g/mL.
- 100 ⁇ g/mL is the amount generated when beef sirloin is stored for 11-12 days at 4°C/ aerobic packaging, and the pH at that time is 5.93.
- 200 ⁇ g/mL is the amount generated when the beef sirloin is stored for 15 days at 4°C/aerobic packaging conditions, and the pH at that time is 6.53, indicating the spoilage stage.
- PEDOT:PSS Sigma-Aldrich
- DMSO Duksan pure chemicals
- Trisodium citrate 1% Trisodium citrate in 1.5 mL each in 3 portions, and heat for 5 more minutes.
- Example 3 The microneedle of Example 3 was reacted with 0.05-2% of 3-aminopropyltriethoxysilane ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) solution at room temperature for 1 hour.
- the gold nanoparticles were immersed in the solution of Example 4 and reacted for 12 hours so that the gold nanoparticles were combined with 3-aminopropyltriethoxysilane on the surface of the microneedle.
- a binding reaction between the gold nanoparticles on the surface of the microneedle of Example 5 and the bioreceptor was carried out.
- microneedle coated with gold nanoparticles is immersed in 11-mercaptoundecanoic acid solution for 20 hours.
- a sample obtained by reacting a microneedle coated with gold nanoparticles in an 11-mercaptoundecanoic acid solution was immersed in an EDC/NHS solution and reacted for 2 hours.
- the gold nanoparticles have an average size of about 30 nm and a particle distribution between 15 and 70 nm, and in particular, it was confirmed that the distribution of particles with a size of 15 to 40 nm is high.
- Example 6 The microneedle of Example 6, in which a receptor for detecting biogenic amines was coupled to the surface of gold nanoparticles, was analyzed as follows.
- the present invention it is possible to measure and monitor changes in the internal quality of food in real time without pre-processing of the food, and by efficiently extracting internal factors, it is possible not only to minimize the destruction of food, but also to a sensing system of a simple structure. Accordingly, it is possible to provide an economical sensing system capable of high-sensitivity multi-sensing at low cost by reducing manufacturing cost and improving surface sensing sensitivity.
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Dermatology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Anesthesiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Hematology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
본 발명은 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 있어서, 식품에 안착되는 패치베이스; 및 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 식품의 전처리 과정이 없이 식품의 내부품질의 변화를 실시간으로 측정하여 모니터링할 수 있으며, 내부 인자를 효율적으로 추출함으로써 식품의 파괴를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 간단한 구조의 센싱 시스템에 의하여 제조 비용을 절감하고, 또한 표면 센싱 감도를 향상시켜 적은 비용으로 고감도 다중 센싱이 가능한 경제적인 센싱 시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 및 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식품의 품질변화를 모니터링하기 위하여 내부인자 시료 샘플링 및 센싱을 실시간으로 할 수 있도록 한 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 관한 것이다.
마이크로니들은 피부 장벽층인 각질층을 통과하여 피내로 유효 성분을 전달하는 시스템이다. 기존의 주사기의 효능과 패치의 편의성을 결합한 새로운 시스템으로 1997년에 조지아 공대에서 처음 소개된 이후 화장품, 의약, 백신의 다양한 분야에서 새로운 약물 전달 방법으로 개발되어 이용되고 있다.
여러 분야에서 다양한 형태로 개발된 마이크로니들(microneedle, MN)의 상업화 연구가 이루어지고 있는데, 그 중 하나로, 생체 조직으로의 적용 편의성, 최소 침습성 및 높은 약물 전달 효과를 바탕으로, 마이크로니들은 지난 20년 동안 경피적 약물 전달을 위해 광범위하게 개발되어 왔다. 특히, 그동안의 의미 있는 임상 연구 결과들은 마이크로니들 기술의 상용화를 빠르게 진전시켰다. 혈관 및 근육 주사를 대체하기 위해 유체 주입을 효과적으로 하기 위하여 장치와 통합된 마이크로니들, 주삿 바늘처럼 기존의 일회용 주사기 장착 후 버릴 수 있는 disposable 마이크로니들이 개발되었다. 다른 한편으로는 약물이 함유된 마이크로니들 패치 형태를 통해 백신 접종과 미용 분야를 중심으로 상품이 개발되고 있다. 또한 상업화를 위한 마이크로 기술은 현재 전기천공(electroporation) 같이 기존 기술과의 통합을 통한 약물 전달률 향상과 혈당 센서에 적용되고 있다.
이와 같이 마이크로니들은 현재 의료 및 피부미용 분야에서 많이 사용되고 있지만, 식품분야에서는 아직 적용사례가 없다.
식품의 품질변화를 실시간 정밀 모니터링하기 위하여 식품 내부인자 시료 샘플링 및 센싱을 위한 시스템이 필요한데, 현재까지의 식품 품질변화를 실시간 센싱하기 위해서는 내부인자가 아닌 식품표면이나 외부에서 검출할 수 있는 인자를 대상으로 할 수 밖에 없거나, 혹은 식품 파괴를 전제로 한 전처리 과정을 거칠 수 밖에 없는 형편이라, 현장에서 실시간 확인하기가 어렵고, 실시간 정밀 모니터링이 어렵다는 단점이 있다.
대한민국 공개특허 제2020-0058078호는 마이크로니들 어레이가 형성된 신선식품 포장재에 관하여 개시하고 있는데, 제시된 포장시스템에서 마이크로니들은 용기 덮개의 상층부에 위치하므로, 식품표면에는 닿지 않게 되어 있어 원격으로 식품에서 발생되는 휘발성 가스만을 센싱할 수밖에 없는 구성이기 때문에, 식품 내부에서 일어나는 물질변화를 직접적으로 감지하여 식품의 품질의 변화를 센싱할 수 없다는 한계점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 식품의 내부품질의 변화를 실시간으로 측정하여 모니터링할 수 있는 센싱 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 식품의 전처리 과정없이 내부 인자와 효율적으로 접촉함으로써 식품의 파괴를 최소화하는 센싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조의 센싱 시스템을 채용하여 제조 비용을 절감하면서도 고감도 다중 센싱이 가능한 경제적인 센싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 표면 센싱 감도를 향상시켜 적은 비용으로 고감도 다중 센싱이 가능한 경제적인 센싱 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로, 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 있어서, 식품에 안착되는 패치베이스; 및 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치를 제공한다.
또한, 상기 식품 품질감지용 마이크로니들 패치는 상기 패치베이스의 상면에 요입, 형성되고 식품 추출물이 유입되어 수용되는 추출물수용홈; 및 상기 추출물수용홈과 연통되도록 상기 패치베이스에 형성되는 유동공;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패치베이스는 플렉서블한 소재로 형성된 박막으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 패치베이스 소재는 폴리락틱에시드(PLA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄(PU), 폴리아마이드(PA, Nylon) 중 선택되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로니들의 길이는 100 ~ 650㎛이고, 마이크로니들간의 간격은 500 ~ 1,500㎛인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유동공은 상기 추출물수용홈에 수용된 식품 추출물의 역류가 최소화되도록 상광하협(상단은 넓고 하단은 좁음) 구조로 천공된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추출물수용홈에 수용된 식품 추출물의 물리적 및 화학적 특성을 감지하는 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지수단은 상기 패치베이스에 배치되어 식품 추출물과 반응하는 감지 페이퍼로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감지수단은 식품 추출물 내의 물질과 반응하여 색변화를 나타내는 지시약을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지시약은 메틸레드(Methyl red), 브로모티몰블루(Bromothymol blue), 페놀레드(Phenol red) 및 안토시아닌류(Anthocyanins: Pelargonidin, Cyanidin, Peonidin, Delphinidin, Petunidin, Malvidin)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 식품 품질감지용 마이크로니들 패치는, 상기 마이크로니들과 연동되어 식품 내부 물질의 물리적 및 화학적 특성을 전달하는 신호전달수단; 및 상기 신호전달수단과 연동되며, 상기 마이크로니들의 외면에 적층되는 감도개선코팅층;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호전달수단은 마이크로니들 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로니들 패치는 상기 감도개선코팅층에 결합된 바이오리셉터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호전달수단은 전도성 물질로 이루어져 있어, 상기 바이오리셉터에 수용된 식품 내부의 분석대상물질의 물리적 화학적 특성을 상기 감도개선코팅층을 통하여 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 감도개선코팅층은 금나노입자 또는 은나노입자에 의해 형성되는 코팅층인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 식품에 안착되는 패치베이스, 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들, 상기 마이크로니들과 연동되어 식품 내부 물질의 물리적 및 화학적 특성을 전달하는 신호전달수단, 및 상기 신호전달수단과 연동되며, 상기 마이크로니들의 외면에 적층되는 감도개선코팅층을 포함하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법에 있어서, 상기 감도개선코팅층은, 은나노입자 또는 금나노입자 용액을 합성하는 단계; 상기 은나노입자 또는 금나노입자 용액에 상기 마이크로니들 패치를 딥코팅하여 은나노입자 또는 금나노입자를 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 은나노입자 또는 금나노입자에 바이오리셉터를 결합하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 바이오리셉터를 결합하는 단계는, 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA)를 에탄올에 녹이는 단계; 상기 은나노입자 또는 금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 상기 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA) 에탄올 용액에 침지하는 단계; 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide(EDC)와 N-Hydroxysuccinimide(NHS)을 증류수에 용해시키고 선반응시키는 단계; 상기 선반응된 EDC/NHS 용액에 상기 은나노입자 또는 금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 침지하여 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 단면도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1-1의 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제작 스펙을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예 1-2의 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제작 스펙을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치를 제조하는 공정.
도 7은 본 발명의 실시예 1-2의 마이크로니들 패치를 사과의 표면에 부착한 형태를 나타낸 사진.
도 8은 마이크로니들 침습 사과의 과피세포 구조를 분석한 이미지.
도 9는 본 발명의 실시예 1-2의 마이크로니들 센싱 패치를 이용한 바이오제닉 아민 중 육류에서 가장 많이 발생하는 대표 2종의 검출 결과.
도 10 및 도11은 본 발명의 일실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 단면도.
도 12는 도 10의 A부분을 확대한 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 제조방법을 나타낸 모식도.
도 14는 도 12의 B 영역을 확대한 도면.
도 15는 실시예 3의 금나노입자의 크기를 측정한 UV/Vis spectrum 결과 그래프.
도 16은 DLS 분석을 통해 실시예 3의 금나노입자의 평균 크기와 입자의 분산도를 측정한 결과 그래프.
도 17은 원자간력현미경(AFM)을 통해 실시예 4의 마이크로니들 표면에 금나노입자가 코팅된 것을 확인한 결과 그래프.
도 18은 주사전자현미경(SEM) 분석을 통해 실시예 4의 마이크로니들 표면에 금나노입자가 코팅된 것을 확인한 결과 그래프.
도 19는 UV/Vis spectrum 분석을 통해 실시예 5의 금나노입자와 바이오제닉 아민 리셉터(11-MUA/EDC/NHS)의 결합을 확인한 그래프.
본 발명은 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 있어서, 식품에 안착되는 패치베이스; 및 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
식품의 품질은 시간이 지남에 따라 시시각각으로 변화되는데, 그 변화는 여러가지 인자 및 보관 환경 따라 다양한 양상을 띠게 된다. 즉, 근본적으로는 식품의 종류에 따른 변화 양상이 다르다. 예를 들어, 같은 종류에 속한 과일이라도 품종에 따른 차이도 크고, 재배 지역 및 재배 환경이 다른 경우 과일의 숙성/변질 정도 및 양상에 큰 차이가 있을 수 있다. 또한, 같은 종류의 육류의 경우도 부위별, 등급별, 단백질 및 지방 구성 비율, 포장 조건 등에 따라 품질변화에 큰 차이가 있을 수 있다.
현재 식품 품질의 변화를 판단하기 위해서는 단순히 외관에 드러나는 변화를 보고 판단하거나, 식품 조직의 파괴를 수반하는 전처리 과정을 거쳐 정밀 분석하는 판단방법을 사용하는데, 전자처럼 외관에 표시되는 인자만으로 식품의 변화를 모니터링하는 데는 한계가 있어 센싱결과가 부정확하고, 후자의 경우 전처리 과정의 번거로울 뿐만 아니라, 전처리 시점에서의 품질 측정만 가능하다는 점에서 시계열적인 품질 변화를 모니터링하는 것이 불가능하다.
본 발명은 이와 같은 한계점으로부터 비파괴, 최소침습의 마이크로니들 패치 구조체를 고안하여, 식품 내부물질 변화를 연속적으로 실시간 모니터링을 할 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 일양태는, 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 있어서, 식품에 안착되는 패치베이스; 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들; 상기 패치베이스의 상면에 요입, 형성되고 식품 추출물이 유입되어 수용되는 추출물수용홈; 및 상기 추출물수용홈과 연통되도록 상기 패치베이스에 형성되는 유동공;을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명 식품 품질감지용 마이크로니들 패치는 다음의 구성으로 이루어져 있다(도 1):
식품에 안착되는 패치베이스(11);
상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들(12);
상기 패치베이스의 상면에 요입, 형성되고 식품 추출물이 유입되어 수용되는 추출물수용홈(13);
상기 추출물수용홈(13)과 연통되도록 상기 패치베이스(11)에 형성되는 유동공(14)
상기 패치베이스(11)는 플렉서블한 소재의 박막으로 형성되는 것이 바람직하며, 폴리락틱에시드(PLA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄(PU) 또는 폴리아마이드(PA, Nylon)의 소재 중 선택될 수 있다. 본 발명의 식품 품질감지용 마이크로니들(12)은 식품과 밀접 접촉하여 일정 기간 동안 사용되는 것으로, 식품 표면에의 접촉시 기밀성을 높이기 위하여 플렉서블(flexible)한 소재이면서 식품위생법상 식품 포장에 사용될 수 있는 소재인 폴리락틱에시드(PLA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄(PU) 또는 폴리아마이드(PA, Nylon) 중 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 특히 식품 내부 침습시 물리적인 강도를 고려할 때 폴리락틱에시드를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일양태에 있어서, 상기 마이크로니들(12)의 길이는 100 ~ 650㎛이고, 마이크로니들(12)간의 간격은 500 ~ 1,500㎛인 것이 바람직하다. 본 발명의 마이크로니들(12)의 경우 식품 조직의 파괴 및 이로 인한 변질을 최소화하기 위하여 가능한 식품내부로의 침습을 최소화하는 것이 바람직하지만, 센싱을 위한 식품 추출물의 충분한 수득을 위하여 니들의 길이를 상기의 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로니들(12)의 길이가 100㎛ 미만인 경우 식품 내부 물질을 추출하는데 충분한 기능을 하지 못하고, 650㎛ 초과인 경우 식품 내부 조직의 파괴가 과다하여 마이크로니들(12)로 인한 식품의 변질을 야기할 수 있어 바람직하지 못하다.
또한 마이크로니들(12)의 간격이 500㎛ 미만인 경우 니들 사이의 간격이 너무 촘촘하여 이웃하는 니들의 침습구역이 연결되어 식품에 과다한 상처를 줄 수 있게 될 뿐만 아니라, 니들패치 표면의 내압에 의해 충분한 침습이 어려우며, 1,500㎛ 초과인 경우 식품 내부 물질이 충분히 추출되기 어려워 품질 모니터링의 효과가 떨어진다.
본 발명의 일양태에 있어, 상기 유동공(14)은 상기 추출물수용홈(13)에 수용된 식품 추출물의 역류가 최소화되도록 상광하협(상단은 넓고 하단은 좁음) 구조로 천공된 형태인 것이 바람직하다. 즉, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 식품의 표면과 접촉되는 하단부의 폭보다 추출물수용홈(13) 측의 상단면의 폭이 더 넓게 형성되어 있어, 식품 추출물이 일단 추출물수용홈(13)에 수용된 후에 하단으로 흐르기 어렵도록 구성되어 있다.
본 발명의 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 일양태에 있어서, 상기 추출물수용홈(13)에 수용된 식품 추출물의 물리적 및 화학적 특성을 감지하는 감지수단(15)을 포함할 수 있다(도 3).
본 발명의 일양태에 있어, 상기 감지수단(15)은 종래의 식품의 물리적 및 화학적 품질변화를 센싱하는 수단으로서, 상기 마이크로니들 패치의 상단의 추출물수용홈(13)에 수용된 추출물과 접촉할 수 있는 구조 및 형태라면 제한없이 사용이 가능하며, 특히 상기 패치베이스(11)의 상단에 배치되어 식품 추출물과 반응하는 감지 페이퍼로 구성된 것이 바람직하다. 일예로서 상기 감지수단(15)은 식품 추출물 내의 물질과 반응하여 색변화를 나타내는 메틸레드(Methyl red), 브로모티몰블루(Bromothymol blue), 페놀레드(Phenol red) 및 안토시아닌류(Anthocyanins: Pelargonidin, Cyanidin, Peonidin, Delphinidin, Petunidin, Malvidin) 등의 지시약을 포함할 수 있다.
또한, 상기 감지수단(15)은 금, 은 등의 전도성 금속층 또는 PEDOT(poly 3,4-ethylene dioxythio-phene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리싸이오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole) 등의 전도성 고분자층 또는 Graphite, Graphene, CNT 등의 전도성 탄소층 등의 전도성 물질에 의하여 전달된 신호를 전달받아 전기화학적인 방법이나, 또는 나노입자와 입사광의 플라즈몬 공명흡수 등의 광학적인 방법 등에 의하여 감지신호를 측정하는 구성수단일 수 있다.
본 발명의 일양태는, 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 있어서, 식품에 안착되는 패치베이스; 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들; 상기 마이크로니들과 연동되어 식품 내부 물질의 물리적 및 화학적 특성을 전달하는 신호전달수단; 및 상기 신호전달수단과 연동되며, 상기 마이크로니들의 외면에 적층되는 감도개선코팅층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명 식품 품질감지용 마이크로니들 패치는 다음의 구성으로 이루어져 있다(도 10 및 도 11):
식품에 안착되는 패치베이스(21);
상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들(22);
상기 마이크로니들과 연동되어 식품 내부 물질의 물리적 및 화학적 특성을 전달하는 신호전달수단(23); 및
상기 신호전달수단(23)과 연동되며, 상기 마이크로니들의 외면에 적층되는 감도개선코팅층(24).
본 발명의 일실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 구성성분 중 상기 패치베이스(21)는 플렉서블한 소재로 형성된 박막으로 형성된 것일 수 있으며, 폴리락틱에시드(PLA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄(PU) 또는 폴리아마이드(PA, Nylon)의 소재 중 선택될 수 있다. 본 발명의 식품 품질감지용 마이크로니들 패치는 식품과 밀접 접촉하여 일정 기간 동안 사용되는 것으로, 식품 표면에의 접촉시 기밀성을 높이기 위하여 플렉서블(flexible)한 소재이면서 식품위생법상 식품 포장에 사용될 수 있는 소재인 폴리락틱에시드(PLA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄(PU) 또는 폴리아마이드(PA, Nylon) 중 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 특히 식품 내부 침습시 물리적인 강도를 고려할 때 폴리락틱에시드를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일양태에 있어서, 상기 마이크로니들(22)의 길이는 100 ~ 650㎛이고, 마이크로니들(22)간의 간격은 500 ~ 1,500㎛인 것이 바람직하다. 본 발명의 마이크로니들(22)의 경우 식품 조직의 파괴 및 이로 인한 변질을 최소화하기 위하여 가능한 식품내부로의 침습을 최소화하는 것이 바람직하지만, 센싱을 위한 식품 내부물질과의 충분한 접촉을 위하여 니들의 길이를 상기의 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로니들(22)의 길이가 100㎛ 미만인 경우 식품 내부 물질과 접촉하는데 충분한 기능을 하지 못하고, 650㎛ 초과인 경우 식품 내부 조직의 파괴가 과다하여 마이크로니들(22)로 인한 식품의 변질을 야기할 수 있어 바람직하지 못하다.
또한 마이크로니들(22)의 간격이 500㎛ 미만인 경우 니들 사이의 간격이 너무 촘촘하여 이웃하는 니들의 침습구역이 연결되어 식품에 과다한 상처를 줄 수 있게 될 뿐만 아니라, 니들패치 표면의 내압에 의해 충분한 침습이 어려우며, 1,500㎛ 초과인 경우 식품 내부 물질과 충분히 접촉하기 어려워 품질 모니터링의 효과가 떨어진다.
도 10 및 도 11에서 상기 신호전달수단(23)은 마이크로니들 표면에 형성(도 10)되거나 마이크로니들 자체를 구성(도 11)하고 있어서, 마이크로니들이 식품 내부에 삽입될때 내부 물질과 직접적으로 접촉하여 내부 품질을 감지할 수 있도록 되어 있다.
상기 신호전달수단(23)은 식품 내부 물질의 물리적 화학적 특성을 감지하며, 감도개선코팅층과 마이크로니들 상단의 표면을 연결하여 감지신호를 전달하는 역할을 수행할 수 있는 구성이라면 제한없이 사용될 수 있으며, 마이크로니들패치의 상면에 형성될 수 있는 감지수단(미도시)에 신호를 전달함으로써 최종적으로 전기화학적인 방법이나, 또는 나노입자와 입사광의 플라즈몬 공명흡수 등의 광학적인 방법으로 감지신호를 측정하도록 한다. 이를 위하여 상기 신호전달수단(23)은 금, 은 등의 전도성 금속층 또는 PEDOT(poly 3,4-ethylene dioxythio-phene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리싸이오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole) 등의 전도성 고분자층 또는 Graphite, Graphene, CNT 등의 전도성 탄소층으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일양태에 있어, 상기 감도개선코팅층(24)에 바이오리셉터(25)가 결합되어 있을 수 있으며, 상기 신호전달수단(23)은 전도성 물질로 이루어져 있어, 상기 바이오리셉터에 수용된 식품 내부의 분석대상물질의 물리적 화학적 특성을 상기 감도개선코팅층을 통하여 감지하여 전달할 수 있도록 한다.
상기의 구성과 같이 식품내부 물질의 품질 신호를 전달하기 위한 신호전달수단(23)이 마이크로니들의 형태(23, 도 11)로 이루어져 있거나, 마이크로니들의 표면에 형성(23, 도 10)되어 있는 경우, 마이크로니들(22)의 외면에 감도개선코팅층(24)이 적층됨으로써 신호전달수단(23)의 기능을 개선시킬 수 있다. 이와 같은 감도개선코팅층(24)은 감지센서의 감도를 향상시킬 수 있는 형태의 구성은 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들어 마이크로니들 표면에 나노입자를 단층으로 코팅하는 형태, 마이크로니들 패치 전면에 나노입자를 단층으로 코팅하는 형태, 마이크로니들 표면 또는 마이크로니들 패치 전면에 두가지 나노입자를 이중층으로 코팅하는 형태, 두가지 나노입자를 혼합하여 마이크로 니들 표면 또는 마이크로니들 패치 전면에 코팅하는 형태 등의 구성을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 감도개선코팅층(24)은 금나노입자 또는 은나노입자에 의해 형성되는 코팅층일 수 있다. 도 12는 도 10의 A부분을 확대한 도면으로 감도개선코팅층(24)으로 사용된 금나노입자 또는 은나노입자의 단면을 확대한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 식품 품질감지용 마이크로니들 패치의 제조방법은 다음과 같은 단계를 포함한다(도 13):
식품에 안착되는 패치베이스(21), 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들(22), 상기 마이크로니들과 연동되어 식품 내부 물질의 물리적 및 화학적 특성을 전달하는 신호전달수단(23), 및 상기 신호전달수단(23)과 연동되며, 상기 마이크로니들의 외면에 적층되는 감도개선코팅층(24)을 포함하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법에 있어서,
상기 감도개선코팅층(24)은,
은나노입자 또는 금나노입자 용액을 합성하는 단계;
상기 은나노입자 또는 금나노입자 용액에 상기 마이크로니들 패치를 딥코팅하여 은나노입자 또는 금나노입자를 코팅하는 단계(S1);및
상기 코팅된 은나노입자 또는 금나노입자에 바이오리셉터(25)를 결합하는 단계(S2).
본 발명의 일양태에 있어서, 상기 바이오리셉터(25)를 결합하는 단계는 다음의 공정을 포함하여 이루어질 수 있다:
11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA)를 에탄올에 녹이는 단계;
상기 은나노입자 또는 금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 상기 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA) 에탄올 용액에 침지하는 단계;
1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide(EDC)와 N-Hydroxysuccinimide(NHS)을 증류수에 용해시키고 선반응시키는 단계;
상기 선반응된 EDC/NHS 용액에 상기 은나노입자 또는 금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 침지하여 반응시키는 단계.
도 14는 도 12의 B 영역을 확대한 도면으로, 상기 바이오리셉터(25)를 결합한 후의 마이크로니들(22) 표면의 은나노입자 또는 금나노입자(24)와 바이오리셉터(25)가 결합되어 있는 형태를 나타내었다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 이들의 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예의 의해 한정되는 것으로 해석되지는 않는다 할 것이다.
[실시예]
[실시예 1]
마이크로니들 제작
도 4의 스펙에 맞추어 PLA를 기반으로 한 마이크로니들 패치를 마이크로니들 개수 10*10으로 제작하였다(실시예 1-1).
도 5의 스펙에 맞추어 PLA를 기반으로 한 마이크로니들 패치를 마이크로니들 개수 4*4으로 제작하였다(실시예 1-2).
[실시예 2]
마이크로니들 및 페이퍼 기반 센싱 패치 제작
육류 등의 식품의 품질변화 인자인 바이오제닉 아민인 카다베린 및 푸트레신에 반응하는 색변화 지시약을 제조한 후, 도 6에 나타낸 제조공정에 따라 딥핑(dipping) 코팅 공정을 거친 페이퍼를 상기 실시예 1-1의 마이크로니들 패치의 상면의 추출물수용홈과 접하도록 고정하였다.
[실험예 1]
마이크로니들 침습 사과의 과피세포 구조 분석
도 7은 실시예 1-2의 마이크로니들을 사과의 표면에 부착한 형태를 나타낸 사진이며, 도 8은 마이크로니들 침습 사과의 과피세포 구조를 분석한 이미지이다. 마이크로니들의 재질 및 길이에 따라서 사과 표면으로부터 수백 ㎛ 범위 내에서 목적에 맞게 조절하여 내부 침습이 가능하여 시료 샘플링이 가능하다.
[실험예 2]
마이크로니들 및 페이퍼 기반 센싱 패치의 바이오제닉 아민 검출 결과
도 9는 실시예 1-1의 마이크로니들 및 페이퍼 기반 센싱 패치를 이용한 바이오제닉 아민을 검출한 결과를 나타낸 사진이다. 육류 중 쇠고기의 경우, 품질지표를 나타내는 대표적인 바이오제닉 아민인 카다베린 및 푸트레신의 0 ~ 500μg/mL 범위에서의 검출에 따른 색변화를 보여준다. 특히, 10, 50, 100, 200μg/mL에서 구분 가능한 4단계 색변화로 품질변화를 확인할 수 있다. 100μg/mL은 쇠고기 등심을 4℃/ 호기포장 조건에서 11~12일 저장했을 때 발생되는 양으로써, 그 때의 pH는 5.93이다. 그러나, 200μg/mL은 쇠고기 등심을 4℃/ 호기포장 조건에서 15일 저장했을 때 발생하는 양으로써, 그 때의 pH는 6.53이고, 부패 단계를 나타낸다.
[실시예 3]
마이크로니들 표면에 전도성층 증착 및 코팅
1.3 wt%로 수분산된 PEDOT:PSS(Sigma-Aldrich 사)를 사용하였으며, 또한 전도성 향상을 위한 첨가제로 Duksan pure chemicals(South Korea)에서 구매한 DMSO를 증류수에 희석하여 사용하였다. PEDOT(poly 3,4-ethylene dioxythio-phene) 용액에 실시예 1-1의 마이크로니들을 실온에서 1시간 동안 담가 코팅시킨 후, 진공 건조시켰다.
[실시예 4]
금나노입자 합성
0.01%의 HAuCl용액 700 mL을 히팅 맨틀에서 5분 동안 가열하며 교반한다.
1%의 Trisodium citrate를 1.5 mL씩 3번에 나누어 첨가하고, 5분 동안 더 가열한다.
용액의 색이 투명색, 검은색, 와인색으로 순차적으로 변하는 것을 확인한다.
가열을 끄고 10분 동안 더 교반시킨 후, 상온으로 옮겨 20분 동안 더 교반한다.
[실시예 5]
딥코팅을 이용한 마이크로니들 표면에의 금나노입자 코팅
0.05~2%의 3-아미노프로필트리에톡시실란 ((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 용액에 실시예 3의 마이크로니들을 실온에서 1시간 동안 반응시킨다.
증류수로 5~7회 세척하며 남은 3-아미노프로필트리에톡시실란의 잔여물을 제거한다.
상기 실시예 4의 금나노입자 용액에 담가 12시간동안 반응시켜 금나노입자가 마이크로니들 표면의 3-아미노프로필트리에톡시실란과 결합되도록 한다.
증류수로 1~3회 세척하여 결합하지 않은 금나노입자를 제거하고, 깨끗한 증류수에 금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 담가 보관한다.
[실시예 6]
마이크로니들 표면의 금나노입자와 바이오제닉 아민 검출 리셉터 결합
상기 실시예 5의 마이크로니들 표면의 금나노입자와 바이오리셉터의 결합반응을 시킨다.
11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA)를 1~5 mM로 에탄올에 녹인다.
금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 11-mercaptoundecanoic acid 용액에 20시간 동안 담근다.
에탄올로 2~4회 세척하며 남은 잔여물을 없애고, 증류수로 1~3회 세척한다.
1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide (EDC)와 N-Hydroxysuccinimide (NHS)를 각각 50 mM로 증류수에 녹여 만든다.
2시간동안 EDC/NHS를 선반응을 시켜준다.
금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 11-mercaptoundecanoic acid 용액에 반응시킨 시료를 EDC/NHS 용액에 담가 2시간 동안 반응시킨다.
증류수로 3~5회 세척한 후 증류수에 담가 보관한다.
[실험예 3]
금나노입자 분석
마이크로니들 표면에 센싱용 소재로 코팅하기 위하여 합성한 실시예 4의 금나노입자에 대하여 UV/Vis spectrum으로 금나노입자의 크기를 간접적으로 측정한 결과를 도 15에 나타내었고, DLS 분석을 통해 금나노입자의 평균 크기와 입자의 분산도를 측정한 결과를 도 16에 나타내었다.
금나노입자는 평균 30nm 정도이고, 15~70nm 사이의 입자 분포도를 가지며, 특히 15~40nm 크기 입자의 분포가 높은 것으로 확인되었다.
이를 통해, 평균 30nm 크기의 금나노입자를 가지고 마이크로니들 표면에 코팅 및 개질하는 연구를 진행하였다.
[실험예 4]
금나노입자를 코팅한 마이크로니들 표면 분석
상기 실시예 5의 딥코팅 방법을 사용하여 마이크로니들 표면에 3-아미노프로필트리에톡시실란을 결합시킨 후, 금나노입자를 코팅한 공정에 의해 3-아미노프로필트리에톡시실란의 아민그룹과 금나노입자가 결합하여 마이크로니들 표면에 금나노입자가 코팅된 마이크로니들의 표면을 다음과 같이 분석하였다.
원자간력현미경(AFM)과 주사전자현미경(SEM) 분석을 통해 마이크로니들 표면에 금나노입자가 코팅된 것을 확인한 결과를 각각 도 17 및 도 18에 나타내었다.
도 17 및 도 18에서 볼 수 있는 것과 같이, AFM과 SEM 이미지 모두 금나노입자를 코팅하기 전의 마이크로니들 표면은 평평하였으나, 금나노입자를 코팅한 후에는 마이크로니들 표면에 평균 30nm 동그란 모양의 입자들이 보이며 금나노입자가 코팅된 것을 확인할 수 있었다.
[실험예 5]
마이크로니들 표면의 금나노입자와 바이오제닉 아민 검출 리셉터 결합
금나노입자 표면에 바이오제닉 아민을 검출하기 위한 리셉터를 결합한 실시예 6의 마이크로니들을 다음과 같이 분석하였다.
NHS의 카르복실기 그룹을 활성화하여 바이오제닉 아민의 아민그룹과 반응하여 바이오제닉 아민을 검출을 유도하였다.
금나노입자와 바이오제닉 아민 리셉터 (11-MUA/EDC/NHS)의 결합은 UV/Vis spectrum 분석을 통해 확인하였다(도 19).
금나노입자만 있을 때보다 11-MUA/EDC/NHS 가 결합할수록 스펙트럼이 오른쪽으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다.
각각의 스펙트럼에서 흡광도가 가장 높은 부분의 파장대를 비교하면, 금나노입자만 있을 때 537nm, 11-MUA결합 후 539nm, EDC/NHS 결합 후 542nm로 각각 2nm, 5nm씩 이동하여 리셉터가 결합한 것을 간접적으로 확인할 수 있다.
본 발명에 의하면, 식품의 전처리 과정이 없이 식품의 내부품질의 변화를 실시간으로 측정하여 모니터링할 수 있으며, 내부 인자를 효율적으로 추출함으로써 식품의 파괴를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 간단한 구조의 센싱 시스템에 의하여 제조 비용을 절감하고, 또한 표면 센싱 감도를 향상시켜 적은 비용으로 고감도 다중 센싱이 가능한 경제적인 센싱 시스템을 제공할 수 있다.
Claims (18)
- 식품 품질감지용 마이크로니들 패치에 있어서,식품에 안착되는 패치베이스;및상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들;을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제1항에 있어서,상기 식품 품질감지용 마이크로니들 패치는상기 패치베이스의 상면에 요입, 형성되고 식품 추출물이 유입되어 수용되는 추출물수용홈; 및상기 추출물수용홈과 연통되도록 상기 패치베이스에 형성되는 유동공;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제2항에 있어서,상기 패치베이스는 플렉서블한 소재로 형성된 박막으로 형성된 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제3항에 있어서,상기 패치베이스 소재는 폴리락틱에시드(PLA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄(PU), 폴리아마이드(PA, Nylon) 중 선택되는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로니들의 길이는 100 ~ 650㎛이고, 마이크로니들간의 간격은 500 ~ 1,500㎛인 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제1항에 있어서,상기 유동공은 상기 추출물수용홈에 수용된 식품 추출물의 역류가 최소화 되도록 상광하협(상단은 넓고 하단은 좁음) 구조로 천공된 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제1항에 있어서,상기 추출물수용홈에 수용된 식품 추출물의 물리적 및 화학적 특성을 감지하는 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제7항에 있어서,상기 감지수단은 상기 패치베이스에 배치되어 식품 추출물과 반응하는 감지 페이퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제8항에 있어서,상기 감지수단은 식품 추출물 내의 물질과 반응하여 색변화를 나타내는 지시약을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제9항에 있어서,상기 지시약은 메틸레드(Methyl red), 브로모티몰블루(Bromothymol blue), 페놀레드(Phenol red) 및 안토시아닌류(Anthocyanins: Pelargonidin, Cyanidin, Peonidin, Delphinidin, Petunidin, Malvidin)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제1항에 있어서,상기 식품 품질감지용 마이크로니들 패치는,상기 마이크로니들과 연동되어 식품 내부 물질의 물리적 및 화학적 특성을 전달하는 신호전달수단; 및상기 신호전달수단과 연동되며, 상기 마이크로니들의 외면에 적층되는 감도개선코팅층;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제11항에 있어서,상기 신호전달수단은 마이크로니들 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제11항 또는 제12항에 있어서,상기 마이크로니들 패치는 상기 감도개선코팅층에 결합된 바이오리셉터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제13항에 있어서,상기 신호전달수단은 전도성 물질로 이루어져 있어, 상기 바이오리셉터에 수용된 식품 내부의 분석대상물질의 물리적 화학적 특성을 상기 감도개선코팅층을 통하여 감지하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제14항에 있어서,상기 감도개선코팅층은 금나노입자 또는 은나노입자에 의해 형성되는 코팅층인 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 제11항에 있어서,상기 패치베이스는 플렉서블한 소재로 형성된 박막으로 형성된 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치.
- 식품에 안착되는 패치베이스, 상기 패치베이스의 저면에 돌출되어 식품 내부에 삽입되는 복수의 마이크로니들, 상기 마이크로니들과 연동되어 식품 내부 물질의 물리적 및 화학적 특성을 전달지하는 신호전달수단, 및 상기 신호전달수단과 연동되며, 상기 마이크로니들의 외면에 적층되는 감도개선코팅층을 포함하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법에 있어서,상기 감도개선코팅층은,은나노입자 또는 금나노입자 용액을 합성하는 단계;상기 은나노입자 또는 금나노입자 용액에 상기 마이크로니들 패치를 딥코팅하여 은나노입자 또는 금나노입자를 코팅하는 단계;및상기 코팅된 은나노입자 또는 금나노입자에 바이오리셉터를 결합하는 단계를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법.
- 제17항에 있어서,상기 바이오리셉터를 결합하는 단계는,11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA)를 에탄올에 녹이는 단계;상기 은나노입자 또는 금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 상기 11-mercaptoundecanoic acid (11-MUA) 에탄올 용액에 침지하는 단계;1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide(EDC)와 N-Hydroxysuccinimide(NHS)을 증류수에 용해시키고 선반응시키는 단계;및상기 선반응된 EDC/NHS 용액에 상기 은나노입자 또는 금나노입자가 코팅된 마이크로니들을 침지하여 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210008814A KR102577749B1 (ko) | 2021-01-21 | 2021-01-21 | 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 |
| KR10-2021-0008814 | 2021-01-21 | ||
| KR20210017632 | 2021-02-08 | ||
| KR10-2021-0017632 | 2021-02-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022158883A1 true WO2022158883A1 (ko) | 2022-07-28 |
Family
ID=82548870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2022/001059 WO2022158883A1 (ko) | 2021-01-21 | 2022-01-20 | 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 및 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2022158883A1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102033686B1 (ko) * | 2017-05-19 | 2019-10-18 | 보령제약 주식회사 | 도네페질을 함유하는 마이크로니들 경피 패치 |
| CN209644909U (zh) * | 2018-12-28 | 2019-11-19 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 组织液提取装置 |
| KR102072115B1 (ko) * | 2019-07-26 | 2020-02-03 | 주식회사 인큐시스 | 센서에 기반한 건식 숙성상태 진단 및 자동처리 육류 숙성장치 |
-
2022
- 2022-01-20 WO PCT/KR2022/001059 patent/WO2022158883A1/ko active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102033686B1 (ko) * | 2017-05-19 | 2019-10-18 | 보령제약 주식회사 | 도네페질을 함유하는 마이크로니들 경피 패치 |
| CN209644909U (zh) * | 2018-12-28 | 2019-11-19 | 浙江清华柔性电子技术研究院 | 组织液提取装置 |
| KR102072115B1 (ko) * | 2019-07-26 | 2020-02-03 | 주식회사 인큐시스 | 센서에 기반한 건식 숙성상태 진단 및 자동처리 육류 숙성장치 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| CHAE, EUN-JI : "Label-free nanobiosensor to detect infectious bacterica based on SERS", JOURNAL OF BIOMEDICAL NANOTECHNOLOGY, vol. 9, no. 4, 9 April 2013 (2013-04-09), US , pages 659 - 663, XP009538612, ISSN: 1550-7033, DOI: 10.1166/jbn.2013.1540 * |
| KIM DOYOON, CAO YUNTENG, MARIAPPAN DHANUSHKODI, BONO MICHAEL S., HART A. JOHN, MARELLI BENEDETTO: "A Microneedle Technology for Sampling and Sensing Bacteria in the Food Supply Chain", ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS, vol. 31, no. 1, 4 January 2021 (2021-01-04), Wiley - V C H Verlag GmbH & Co. KGaA, DE, pages 2005370, XP055954395, ISSN: 1616-301X, DOI: 10.1002/adfm.202005370 * |
| ZHU AFANG; ALI SHUJAT; XU YI; OUYANG QIN; CHEN QUANSHENG: "A SERS aptasensor based on AuNPs functionalized PDMS film for selective and sensitive detection of Staphylococcus aureus", BIOSENSORS AND BIOELECTRONICS, vol. 172, 8 November 2020 (2020-11-08), Elsevier Science LTD, UK, Amsterdam , NL, XP086363855, ISSN: 0956-5663, DOI: 10.1016/j.bios.2020.112806 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liao et al. | Percutaneous fiber-optic sensor for chronic glucose monitoring in vivo | |
| Jambhekar et al. | The physicochemical characteristics and bioavailability of indomethacin from β-cyclodextrin, hydroxyethyl-β-cyclodextrin, and hydroxypropyl-β-cyclodextrin complexes | |
| CN101707875A (zh) | 被分析物透皮监测系统及检测分析物的方法 | |
| Li et al. | A fine pointed glucose oxidase immobilized electrode for low-invasive amperometric glucose monitoring | |
| KR101605963B1 (ko) | 마이크로니들 및 이를 포함하는 일산화질소 검출용 센서 | |
| CN109342391B (zh) | 基于可循环使用sers传感器的酪氨酸酶活性检测方法 | |
| WO2022158883A1 (ko) | 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 및 식품 품질감지용 마이크로니들 패치 제조방법 | |
| Yeung et al. | Validation of the use of field effect transistors for extracellular signal recording in pharmacological bioassays | |
| Minamiki et al. | An electrolyte-gated polythiophene transistor for the detection of biogenic amines in water | |
| US20080212068A1 (en) | Porous Photonic Crystal with Light Scattering Domains and Methods of Synthesis and Use Thereof | |
| KR20180118368A (ko) | 혈당 센서 부착 주사 바늘 유닛 및 이를 구비하는 동시 혈당측정 주사 장치 | |
| WO2018062830A1 (ko) | 포도당 검출용 복합체 및 이를 포함하는 눈물 내 포도당 검출을 위한 콘택트렌즈형 센서 | |
| CN112957038B (zh) | 一种基于光子晶体荧光增强的高灵敏度自清洁型血氧传感器的制备方法 | |
| CN105954411B (zh) | 白及中六种成分在Caco-2细胞模型中吸收转运量的测定方法 | |
| WO2017039356A1 (ko) | 전기화학적 검출방법에 의한 알레르겐 검출 장치 | |
| Koppenhöfer et al. | Monitoring nanoparticle induced cell death in H441 cells using field-effect transistors | |
| WO2018056737A1 (ko) | 즉각적인 지혈능을 보유한 무출혈 주사바늘의 제조방법 | |
| Bednarska et al. | Release of insulin granules by simultaneous, high‐speed correlative SICM‐FCM | |
| Lin et al. | Needle-integrated ultrathin bioimpedance microsensor array for early detection of extravasation | |
| Dinca et al. | Functional Micrococcus lysodeikticus layers deposited by laser technique for the optical sensing of lysozyme | |
| Wang et al. | Preparation of gold core and silver shell substrate with inositol hexaphosphate inner gap for Raman detection of trace Penicillin G | |
| Adamatzky et al. | Electrical resistive spiking of fungi | |
| US20160213791A1 (en) | Methods and sensors for detecting a biological parameter | |
| CN109490285B (zh) | 基于Ru(bpy)32+和Bi纳米棒自增强体系的唾液酸可再生电致化学发光传感器 | |
| CN101975854B (zh) | 基于单分子力谱的抗癌药物鉴定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 22742859 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 22742859 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |