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제안 방법
- 겔 용액 대 고체 GOx의 질량 퍼센트(wt%), 측정용액의 pH 변화에 따른 glucose 검출 최적조건을 조사하였다. Fig. 3(a)는 2.0 mM glucose 용액 (phosphate 완충용액, 0.1 M, pH 7.4)에 대해, 겔용액대 고체 GOx의 질량퍼센트(wt%)를 0 %, 0.5 %, 1.0 %, 1.5 % 및 2.0 % 로 변화시키면서 전류변화를 조사하였다. GOx의 함량이 증가함에 따라 전류도 증가하였다.
- 7 % 의 상대표준편차를 나타내었다. GOx가 겔에 고정된 바이오센서(GOx/Gel/SPCE)를 이용하여 glucose의 분해 시 발생하는 H2O2에 대해, 가하는 전압에 따른 산화 전류의 변화를 조사하였다(Fig. 2).
- 인쇄형탄소전극(screen–printed carbon electrode, SPCE)을 만들고, SPCE 표면에 GOx가 포획된 겔을 입혀 바이오센서를 제작하였다. GOx의 함량, 측정전위 및 pH에 따른 바이오센서의 감응 특성을 조사하여 glucose 분석 최적 조건을 구하고 검량선을 작성하였다. glucose가 포함된 human serum 표준물을 이용하여 바이오센서의 성능을 평가한 결과 실제 혈액시료에서도 적용이 가능함을 확인하였다.
- GOx가 고정된 바이오센서도 같은 원리로 glucose를 검출한다. H2O2 산화에 대한 SPCE의 특성을 알아보기 위해, 용액을 500 rpm 의 속도로 저어주면서 H2O2 산화 시 가하는 전압에 따른 H2O2의 전류의 변화를 Fig. 1에 나타내었다.
- TEOS를 alkoxysilane 전구체로 사용하여 졸–겔 전이반응을 통하여 GOx를 silicate 유리 network에 포획 시켰다.
- 본 연구에서는 TEOS의 졸–겔 전이반응을 이용하여 glucose oxidase(GOx)를 포획시킨 전기화학적 일회용 glucose 바이오센서를 제작하였다. TEOS에 산, 알콜과 물을 적당한 몰비로 혼합하여 저어주는 단순한 과정으로 GOx를 silicate 유리 network에 포획시켰다. 인쇄형탄소전극(screen–printed carbon electrode, SPCE)을 만들고, SPCE 표면에 GOx가 포획된 겔을 입혀 바이오센서를 제작하였다.
- glucose 농도에 따른 바이오센서의 전류변화를 전류법 (amperometry)으로 조사하여 검량선을 작성하였다(Fig. 4). glucose 분석 최적조건(측정전압 : + 0.
- 4). glucose 분석 최적조건(측정전압 : + 0.4 V, 전극조성: 1.5 wt%, pH 7.4)에서 glucose의 농도를 2.0 mM 단위씩 변화시키면서 시간에 따른 센서의 전류를 측정하였다(Fig. 4(a)).
- GOx의 함량이 증가함에 따라 전류도 증가하였다. pH 변화에 따른 GOx/Gel/SPCE의 전류변화를 2.0 mM glucose 용액(phosphate 완충용액, 0.1 M, pH 7.4) 에 대해 조사하였다. pH 7.
- phosphate 완충용액(0.1 M, pH 7.4)에 녹인 2.0 mM glucose 용액에 대해, GOx가 들어있지 않은 Gel/SPCE와 GOx가 고정된 GOx/Gel/SPCE의 산화전류를 조사하였다. GOx가 고정되지 않은 Gel/SPCE에서는 glucose의 분해반응이 일어나지 않아 H2O2가 발생하지 않으며, 따라서 H2O2의 산화전류가 거의 나타나지 않는다.
- phosphate 완충용액(0.1 M, pH 7.4)으로 제조한 1.0 mM H2O2 용액에 대해, 겔이 입혀지지 않은 bare SPCE와 겔을 입힌 Gel/SPCE로 H2O2의 산화전류를 조사하였다. bare SPCE의 경우+0.
- glucose 검출 시 GOx/Gel/SPCE의 전극조성과 측정용액의 조건에 따라 바이오센서의 감도가 영향을 받는다. 겔 용액 대 고체 GOx의 질량 퍼센트(wt%), 측정용액의 pH 변화에 따른 glucose 검출 최적조건을 조사하였다. Fig.
- 광원, 광 검출기를 비롯한 광 변환부가 필요한 분광학적 방법에 비해 전기화학적 바이오센서는 구조가 간단하며, 반도체기술과 미세가공 공정을 통하여 집적화/소형화 시킬 수 있고, 전기적 신호를 직접 측정하므로 감도 및 비용측면에서 전기화학적 바이오센서가 유리하다[34, 35], 본 연구에서는 alkoxysilane의 졸–겔 전이반응을 이용하여 glucose oxidase(GOx)를 포획시킨 glucose 분석용 전기화학적 바이오센서를 제작하였다.
- 바이오센서(biosensor)는 센서표면에 분석대상물질과 선택적으로 감응하는 생체수용체(bio receptor)를 효과적이고 안정적으로 고정시키는 것이 중요하다. 변환부(transducer)의 종류와 생체수용체 및 분석물의 특성 그리고 센서제작의 용이성과 비용 등을 고려하여 고정법을 결정한다. 생체수용체의 고정법은 크게 흡착 (adsorption), 공유결합(covalent bonding) 및 포획(entrapment) 등의 3가지로 구별된다[1-4].
- 본 연구에서는 TEOS의 졸–겔 전이반응을 이용하여 glucose oxidase(GOx)를 포획시킨 전기화학적 일회용 glucose 바이오센서를 제작하였다.
- 인쇄형탄소전극(SPCE, screen–printed carbon electrode)을 제작한 다음, SPCE 표면에 GOx가 포획된 겔을 입혀 일회용 바이오센서를 제작하였다.
- 인쇄형탄소전극(screen–printed carbon electrode, SPCE)을 만들고, SPCE 표면에 GOx가 포획된 겔을 입혀 바이오센서를 제작하였다.
- 인쇄형탄소전극(SPCE, screen–printed carbon electrode)을 제작한 다음, SPCE 표면에 GOx가 포획된 겔을 입혀 일회용 바이오센서를 제작하였다. 제작한 바이오센서의 전기화학적 특성과, glucose 검출 시 바이오센서에 가하는 전위, GOx 의 함량, pH 등에 따른 분석 최적조건을 조사하였다.
- 폴리에틸렌(polyethylene, PE, 두께 0.5 mm) 필름 위에 stencil을 설치한 다음 시판용 카본잉크를 이용하여, 바이오센서의 작업 전극으로 사용될 일회용 인쇄형 탄소전극(screen–printed carbon electrode, SPCE)을 제작하였다.
- 표준물질로 4.194(±0.059) mM 의 glucose가 포함된 실제시료인 human serum 을 pH 7.4 완충용액으로 묽힌 다음, glucose 외부 표준용액을 일정량씩 첨가하는 표준물 첨가법(standard addition method)으로 human serum의 glucose 농도를 측정하였다.
대상 데이터
- glucose 실제 시료는 4.194 mM(±0.059)의 glucose가 들어있는 human serum Standard Reference Materials(NIST, USA)를 희석하여 사용하였다.
- 인쇄형 센서 제조 시 사용한 카본 잉크는 시판 잉크(Gwent Electronic Materials Ltd., Product No. C10903D14)를 사용하였다. 완충용액 제조 시 사용된 KH2PO4, K2HPO4와 효소인 glucose oxidase(GOx, EC 1.
- 모든 전기화학 실험은 삼전극법을 이용하였다. 작업전극은 GOx 가 변성된 인쇄전극을 사용하였고, 기준전극은 Ag/AgCl(3.5 M NaCl), 보조전극은 백금선을 각각 사용하였다. 전위조절 및 전류측정을 위해 potentiostat(BAS 100B/W)를 사용하였으며, 인쇄형 전극을 printing 하기 위해 반자동 printer(Model TF–100, MPM Inc.
이론/모형
- 모든 전기화학 실험은 삼전극법을 이용하였다. 작업전극은 GOx 가 변성된 인쇄전극을 사용하였고, 기준전극은 Ag/AgCl(3.
- 실제 혈액에 대한 glucose 분석 검증을 위해 human serum에 들어 있는 glucose의 농도를 전류법으로 분석하였다. 표준물질로 4.
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