본 연구는 높은 안정성, 고감도, 그리고 뛰어난 성능의 바이오센서, 합금촉매, 비효소 연료전지, 그리고, 새로운 전기화학적 분리방법에 관한 연구이다. 이 실험을 하기 위하여 효소와 프로테인을 공유 결합하기 위해 전자전달 반응의 효율을 높이기 위하여 아민 그룹과 카르복실기 그룹을 가진 전기 ...
본 연구는 높은 안정성, 고감도, 그리고 뛰어난 성능의 바이오센서, 합금촉매, 비효소 연료전지, 그리고, 새로운 전기화학적 분리방법에 관한 연구이다. 이 실험을 하기 위하여 효소와 프로테인을 공유 결합하기 위해 전자전달 반응의 효율을 높이기 위하여 아민 그룹과 카르복실기 그룹을 가진 전기 전도성 고분자를 합성하였으며, 또한 전기화학적 방법을 이용하여 표면적이 넓은 금속 합금 촉매를 제조하여 실험에 적용하였다 첫번째, 금 나노입자 층 위에 HRP가 결합된 polyDAN을 전극과 공유 결합시킨 효소센서를 사용하였으며, 이 실험은 과산화수소의 전기화학적인 환원 촉매 성질을 이용하여 수행되었다. Cyclic voltammetry, SEM, XPS, QCM, 그리고 impedance를 이용하여 센서 probe의 표면성질을 연구하였다. 금 나노입자가 전착된 표면은 phosphate buffer용액 속에서 측정한 과산화수소의 검출에서 훨씬 높은 전도성과 감도를 나타내었다. 5.0 ± 1.25 µM의 검출 한계를 가졌으며, 산화수소 10.0 µM에서 25.0 mM 농도범위에서 직선형의 calibration plot을 얻었다. HRP/polyDAN/AuNPs/GC 전극의 수명은 response의 손실 없이 70일까지로 결정되었다. 두번째, Glutathion reductase (GR) 와 NADPH를 기반으로 한 전극에 금 나노입자 표면 위에 polyTTBA를 전기화학적인 방법으로 전기 전도성 고분자층을 형성하여 바이오센서를 제작하였다. GR과NADPH를 전기 전도성 고분자층에 공유 결합시켜 효소반응의 직접적인 전자전달이 가능하도록 하였다. 효소와 중간체인 NADPH에 의해 GSSG를 GSH 환원된 형태로 변화 시킨다. 전기화학적인 방법을 이용하여 유리 탄소 전극 위에 전착된 금 나노입자 에 polyTTBA 층을 전착하여 센서 (GR+NADPH/polyTTBA/AuNPs/GCE)를 제작하여 impedance, cyclic voltammetry를 이용하여 전기화학적 특성 및 XPS 그리고 SEM 을 이용하여 표면 특성 관찰 하였다. 실험 조건을 pH, 온도, applied potential, 그리고 반응시간에 대하여 최적화 하였다. 금 나노입자를 표면에 전착한 결과 전도성과 감도가 금 나노입자가 존재하지 않을 때 보다 향상 되었다. Chronoamperometric를 이용하여 농도 범위 1.0 µM ~ 2.5 mM 의 glutathione에서 calibration plot 하였으며, 검출한계는 0.75 ± 0.15 µM이다. Rat liver 조직을 이용한 실험 결과에 의하면 바이오센서의 신뢰성을 보여주고 새로운 전기화학적인 방법에 의한 바이오센서에서 임상진단에 응용할 수 있는 기반이 된다. 세번째, Cu-Co 합금 덴드라이트는 0.01 M CuCl2와 CoCl2•6H2O 용액에서 전위법을 사용하여 제조하였다. Cu-Co 합금 덴드라이트는 글루코즈를 글루콘산으로 산화시키고, 과산화수소를 물로 환원시키는 뛰어난 촉매성을 나타낸다. 합금 덴드라이트는 SEM, XRD, XPS, EDX, 그리고 CV를 수행하여 특성을 기술한다. Cu+이온과 Co2+이온은 합금 덴드라이트 표면에서 주로 글루코즈의 산화 반응에 기여하며, Cu2+이온은 Co3+이온과 함께 과산화수소를 환원 반응에 기여한다. 실제적인 응용은 양극과 음극에 촉매로 사용되는 Cu-Co 덴드라이트에 근거한 비효소 글루코즈 연료전지로 증명된다. 글루코즈/공기, 글루코즈/산소 및 글루코즈/과산화수소 연료전지의 최대 전원 세기는 각각 0.13, 0.44, 그리고 0.66 mW/cm2 이다. 전극의 장기간 안정성 테스트는 현저한 전원세기의 손실 없이 770 h 동안의 효율적 안정성을 보였다. 네번째, 전기화학적 전위변조형 마이크로채널 (EPMM)은 아주 뛰어난 분리 방법 중 하나이다. EFMM의 이점은 분석물의 분리뿐만 아니라, 동시에 고감도로 검출이 가능하다는 것이다. 본 실험은 전기장의 세기를 증가시키는 AC potential을 사용하여 분리 수행능력을 향상시킨 새로운 EFMM을 제시한다. 이로써, 우리는 EPMM내부에 평면상의 전극을 고안하여, AC potential하에서 유동채널내부에서 환경호르몬들의 서로 다른 움직임을 관찰하였다. 마이크로채널은 환경호르몬을 검출하기 위해 스크린프린팅 기법으로 새로운 디바이스를 개발하였다. 이 방법으로 환경호르몬 분석을 위해 실험하였다. 이 방법의 효과적인 분석적 수행을 위한 실험적인 파라미터들은 측정하여 최적화 하였다. 분석물질들의 검출 한계는 2.8에서 1.6 ± 0.2 pM이었다. 동작범위는 0.15에서 500.0 nM이다. 이 새로운 시스템의 활용성은 실제 시료의 분석실험을 통해 성공적으로 증명 할 수 있었으며, 새로운 디바이스는 전형적인 모세관전기영동과 비교하여 몇 개의 주요한 이점을 가진 새로운 분리 방법을 연구하였다.
본 연구는 높은 안정성, 고감도, 그리고 뛰어난 성능의 바이오센서, 합금촉매, 비효소 연료전지, 그리고, 새로운 전기화학적 분리방법에 관한 연구이다. 이 실험을 하기 위하여 효소와 프로테인을 공유 결합하기 위해 전자전달 반응의 효율을 높이기 위하여 아민 그룹과 카르복실기 그룹을 가진 전기 전도성 고분자를 합성하였으며, 또한 전기화학적 방법을 이용하여 표면적이 넓은 금속 합금 촉매를 제조하여 실험에 적용하였다 첫번째, 금 나노입자 층 위에 HRP가 결합된 polyDAN을 전극과 공유 결합시킨 효소센서를 사용하였으며, 이 실험은 과산화수소의 전기화학적인 환원 촉매 성질을 이용하여 수행되었다. Cyclic voltammetry, SEM, XPS, QCM, 그리고 impedance를 이용하여 센서 probe의 표면성질을 연구하였다. 금 나노입자가 전착된 표면은 phosphate buffer용액 속에서 측정한 과산화수소의 검출에서 훨씬 높은 전도성과 감도를 나타내었다. 5.0 ± 1.25 µM의 검출 한계를 가졌으며, 산화수소 10.0 µM에서 25.0 mM 농도범위에서 직선형의 calibration plot을 얻었다. HRP/polyDAN/AuNPs/GC 전극의 수명은 response의 손실 없이 70일까지로 결정되었다. 두번째, Glutathion reductase (GR) 와 NADPH를 기반으로 한 전극에 금 나노입자 표면 위에 polyTTBA를 전기화학적인 방법으로 전기 전도성 고분자층을 형성하여 바이오센서를 제작하였다. GR과NADPH를 전기 전도성 고분자층에 공유 결합시켜 효소반응의 직접적인 전자전달이 가능하도록 하였다. 효소와 중간체인 NADPH에 의해 GSSG를 GSH 환원된 형태로 변화 시킨다. 전기화학적인 방법을 이용하여 유리 탄소 전극 위에 전착된 금 나노입자 에 polyTTBA 층을 전착하여 센서 (GR+NADPH/polyTTBA/AuNPs/GCE)를 제작하여 impedance, cyclic voltammetry를 이용하여 전기화학적 특성 및 XPS 그리고 SEM 을 이용하여 표면 특성 관찰 하였다. 실험 조건을 pH, 온도, applied potential, 그리고 반응시간에 대하여 최적화 하였다. 금 나노입자를 표면에 전착한 결과 전도성과 감도가 금 나노입자가 존재하지 않을 때 보다 향상 되었다. Chronoamperometric를 이용하여 농도 범위 1.0 µM ~ 2.5 mM 의 glutathione에서 calibration plot 하였으며, 검출한계는 0.75 ± 0.15 µM이다. Rat liver 조직을 이용한 실험 결과에 의하면 바이오센서의 신뢰성을 보여주고 새로운 전기화학적인 방법에 의한 바이오센서에서 임상진단에 응용할 수 있는 기반이 된다. 세번째, Cu-Co 합금 덴드라이트는 0.01 M CuCl2와 CoCl2•6H2O 용액에서 전위법을 사용하여 제조하였다. Cu-Co 합금 덴드라이트는 글루코즈를 글루콘산으로 산화시키고, 과산화수소를 물로 환원시키는 뛰어난 촉매성을 나타낸다. 합금 덴드라이트는 SEM, XRD, XPS, EDX, 그리고 CV를 수행하여 특성을 기술한다. Cu+이온과 Co2+이온은 합금 덴드라이트 표면에서 주로 글루코즈의 산화 반응에 기여하며, Cu2+이온은 Co3+이온과 함께 과산화수소를 환원 반응에 기여한다. 실제적인 응용은 양극과 음극에 촉매로 사용되는 Cu-Co 덴드라이트에 근거한 비효소 글루코즈 연료전지로 증명된다. 글루코즈/공기, 글루코즈/산소 및 글루코즈/과산화수소 연료전지의 최대 전원 세기는 각각 0.13, 0.44, 그리고 0.66 mW/cm2 이다. 전극의 장기간 안정성 테스트는 현저한 전원세기의 손실 없이 770 h 동안의 효율적 안정성을 보였다. 네번째, 전기화학적 전위변조형 마이크로채널 (EPMM)은 아주 뛰어난 분리 방법 중 하나이다. EFMM의 이점은 분석물의 분리뿐만 아니라, 동시에 고감도로 검출이 가능하다는 것이다. 본 실험은 전기장의 세기를 증가시키는 AC potential을 사용하여 분리 수행능력을 향상시킨 새로운 EFMM을 제시한다. 이로써, 우리는 EPMM내부에 평면상의 전극을 고안하여, AC potential하에서 유동채널내부에서 환경호르몬들의 서로 다른 움직임을 관찰하였다. 마이크로채널은 환경호르몬을 검출하기 위해 스크린프린팅 기법으로 새로운 디바이스를 개발하였다. 이 방법으로 환경호르몬 분석을 위해 실험하였다. 이 방법의 효과적인 분석적 수행을 위한 실험적인 파라미터들은 측정하여 최적화 하였다. 분석물질들의 검출 한계는 2.8에서 1.6 ± 0.2 pM이었다. 동작범위는 0.15에서 500.0 nM이다. 이 새로운 시스템의 활용성은 실제 시료의 분석실험을 통해 성공적으로 증명 할 수 있었으며, 새로운 디바이스는 전형적인 모세관 전기영동과 비교하여 몇 개의 주요한 이점을 가진 새로운 분리 방법을 연구하였다.
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