[논문]전기방사로 합성된 산화아연 나노섬유의 Glucose 감응특성

최종명; 변준혁; 김상섭

doi:10.3740/mrsk.2015.25.12.655

전기방사로 합성된 산화아연 나노섬유의 Glucose 감응특성
Glucose Sensing Properties of Electrospinning-Synthesized ZnO Nanofibers 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.25 no.12, 2015년, pp.655 - 658

최종명 (인하대학교 전자공학과) , 변준혁 (인하대학교 신소재공학과) , 김상섭 (인하대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The development of glucose biosensors has been attracting much attention because of their importance in monitoring glucose in the human body; such sensors are used to diagnose diabetes and related human diseases. Thanks to the high selectivity, sensitivity to glucose detection, and relatively low-cost fabrication of enzyme-immobilized electrochemical glucose sensors, these devices are recognized as one of the most intensively investigated glucose sensor types. In this work, ZnO nanofibers were synthesized using an electrospinning method with polyvinyl alcohol zinc acetate as precursor material. Using the synthesized ZnO nanofibers, we fabricated glucose biosensors in which glucose oxidase was immobilized on the ZnO nanofibers. The sensors were used to detect a wide range of glucose from 10 to 700 M with a sensitivity of $10.01nA/cm^2-{\mu}M$, indicating that the ZnO nanofiber-based glucose sensor can be used for the detection of glucose in the human body. The control of nanograins in terms of the size and crystalline quality of the individual nanofibers is required for improving the glucose-sensing abilities of the nanofibers.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 전기방사법으로 합성된 ZnO 나노섬유의 표면에 glucose 산화효소를 형성시켜 glucose 센서를 구현하여 glucose 감응 특성을 조사하였다. 전기방사법을 통해 합성된 나노섬유는 SEM 미세구조와 XRD 분석을 통해 나노입자로 이루어진 산화물 형태의 나노섬유로 합성되었고, ZnO 나노섬유를 이용하여 구현한 glucose 센서의 감응도를 CV를 이용하여 평가하였다.
본 연구에서는 전기방사법을 이용하여 ZnO 나노섬유를 합성하여 glucose oxidase를 나노섬유 상에 형성하는 방법으로 glucose 센서를 구현하였고 제작된 센서의 glucose 감응 특성을 글루코스 농도에 따라 평가하여, 전기방사 ZnO 나노섬유 재료의 글루코스 센서 적용 가능성을 탐색하였다.

제안 방법

ZnO 나노섬유 기반 glucose 센서의 glucose 농도에 따른 전기적 감응 특성을 CV 를 이용하여 평가하였고, 그 결과인 I-V 곡선을 Fig. 3에 나타내었다. 일정 glucose 농도까지는 최대 전류가 증가하며 이 후에는 saturation 되는 경향이 있음을 알 수 있다.
이로부터 나노섬유 전체적으로 보았을 때 넓은 면적을 가지고 있다고 판단할 수 있으며 이는 glucose 감응에 있어 매우 유리한 점으로 작용할 가능성이 크다. 개별 나노섬유에 대한 추가적인 미세구조 분석을 TEM을 이용하여 실시하였다. Fig.
본 연구에서는 전기방사법으로 합성된 ZnO 나노섬유의 표면에 glucose 산화효소를 형성시켜 glucose 센서를 구현하여 glucose 감응 특성을 조사하였다. 전기방사법을 통해 합성된 나노섬유는 SEM 미세구조와 XRD 분석을 통해 나노입자로 이루어진 산화물 형태의 나노섬유로 합성되었고, ZnO 나노섬유를 이용하여 구현한 glucose 센서의 감응도를 CV를 이용하여 평가하였다. glucose 감응도를 나타내는 전류밀도와 glucose 농도 사이의 그래프를 통해 확인하였을 때, 약 10nA/cm²-µM의 감응도를나타내었고, 추후, 나노섬유의 형태나 나노섬유를 이루는입자들의 크기에 따른 감응도 변화에 대한 엄밀한 추가연구가 필요하다고 판단된다.
주사전자현미경(field emission scanning electron microscopy, FE-SEM)을 이용하여 합성된 ZnO 나노섬유의 미세구조를 관찰하였으며, XRD(X-Ray Diffraction) 분석을 통해 나노섬유의 결정상(crystalline phase)을 확인하였다. 제작된 센서의 glucose 감응도를 평가하기 위해 glucose 용액은 10-700 µM의 농도로 제조하였고, 이 때 농도를 조절하기 위한 용매로 0.

이론/모형

1M PBS(phosphate buffered saline solution)을 사용하였다. glucose 감응도는 cyclic voltammetry(CV)을 이용하여 평가하였다.

후속연구

glucose 감응도를 나타내는 전류밀도와 glucose 농도 사이의 그래프를 통해 확인하였을 때, 약 10nA/cm2-µM의 감응도를나타내었고, 추후, 나노섬유의 형태나 나노섬유를 이루는입자들의 크기에 따른 감응도 변화에 대한 엄밀한 추가연구가 필요하다고 판단된다.
그 이유는 나노섬유의 경우 나노크기의 입자가 개별 나노섬유를 구성하고 있으며, 이 나노입자로 인하여 전자의 이 동도가 상당히 낮게 되며, 이로 인하여 glucose 감응성이 저하될 가능성이 있다. 그러나, 전기방사법으로 합성된 나노섬유의 경우 합성법이 매우 간단하고 경제적인 이점이 있기 때문에 추후, 나노섬유를 이루는 입자의 조절이나 나노섬유의 밀도, glucose oxidase와 나노섬유의 고정에 있어 최적화를 이룬다면 다른 물질의 형태보다 훨씬 우수한 센서 기반 물질로써의 잠재성이 높다고 할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 사용된 glucose 센서를 구현한 방법은 무엇인가?	본 연구에서는 전기방사법을 이용하여 ZnO 나노섬유를 합성하여 glucose oxidase를 나노섬유 상에 형성하는 방법으로 glucose 센서를 구현하였고 제작된 센서의 glucose 감응 특성을 글루코스 농도에 따라 평가하여, 전기방사 ZnO 나노섬유 재료의 글루코스 센서 적용 가능성을 탐색하였다.
	glucose(글루코스) 센서의 용도는 무엇인가?	최근 인간의 신진대사 장애, 성인 당뇨병 등이 전 세계적인 중요 사회적 해결과제로 인식되고 있는 가운데, 이를 위해 신속하고 정확하게 인체의 혈당을 측정할 수 있는 고성능의 glucose(글루코스) 센서가 요구되고 있다.1,2)이를 위하여electrochemistry,3) chemoluminescence4) 등을 기반으로 우수한 혈당 감지 능력을 지닌 glucose 센서를 개발하기 위한 연구들이 활발히 이루어 지고 있다.
	고정화 효소의 물질로써 ZnO가 가지고 있는 장점은 무엇인가?	여러 가지 적용 가능한 물질들 중, ZnO는 매우 효율적인 고정화 효소의 물질로써 널리 인식 되고 있다. 특히 ZnO는 생체 재료로써 매우 경제적이며 합성방법이 비교적 간단하다는 큰 장점들을 가지고 있다. 선행 문헌에 따르면 ZnO는 nanorods,10) nanocombs,11) nanowire5) 등의 형태로 고정화 효소로써 성공적인 적용사례가 있음이 보고된 바 있다.

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