[논문]탄소나노튜브 전자 필름을 이용한 고감도-고선택성 전기화학 글루코스 센서

이승우; 이동욱; 서병관

doi:10.14478/ace.2022.1015

탄소나노튜브 전자 필름을 이용한 고감도-고선택성 전기화학 글루코스 센서
Sensitive and Selective Electrochemical Glucose Biosensor Based on a Carbon Nanotube Electronic Film 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.33 no.2, 2022년, pp.188 - 194

이승우 (서울과학기술대학교 정밀화학과) , 이동욱 (서울과학기술대학교 정밀화학과) , 서병관 (서울과학기술대학교 정밀화학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 비파괴적 표면 기능기화 통하여 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 탄소소재의 특성 변화를 최소화 시킬 수 있는 대면적화 공법을 제안하고, 대면적화 된 SWNT 전자 필름 상에 효소를 집적하여 효소와 SWCNT 전자 필름 간 효율적 전자 전달을 연구하였다. p-terphenyl-4,4"-dithiol, dithiothreitol와 SWCNT의 혼합을 통해 SWCNT 전자 필름의 균일도 및 전하 전달 능력을 향상시키고, 분광학적 분석 및 전기화학적 특성을 평가하여 SWCNT 전자 필름의 향상된 전기화학적 특성을 확인하였다. 전자 필름 상에 고분자 전해질 및 포도당 산화환원 효소를 layer-by-layer 기법으로 효율적으로 집적하여, 최종적으로 음전압 범위에서 구동이 가능한 포도당(glucose) 바이오센서를 구현하였다. 개발된 포도당 바이오센서는 효소와 SWCNT 전자 필름과의 높은 전하 전달 효율을 바탕으로 -0.45 vs. Ag/AgCl 음전압 범위에서 높은 산화환원 신호를 보였을 뿐 아니라 0~1 mM의 낮은 글루코스 농도 변화에서 약 98 ㎂/mM·cm²의 높은 감도를 보였다. 또한 음전압 구동을 통하여, 산화 반응을 일으킬 수 있는 4종의 방해물질(요산, 아스코르빅산, 도파민, 아세타아미노펜) 환경에서 4% 이하의 변화를 보여 높은 선택성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This work presents a non-destructive and straightforward approach to assemble a large-scale conductive electronic film made of a pre-treated single-walled carbon nanotube (SWCNT) solution. For effective electron transfer between the immobilized enzyme and SWCNT electronic film, we optimized the pre-treatment step of SWCNT with p-terphenyl-4,4"-dithiol and dithiothreitol. Glucose oxidase (GOx, a model enzyme in this study) was immobilized on the SWCNT electronic film following the positively charged polyelectrolyte layer deposition. The glucose detection was realized through effective electron transfer between the immobilized GOx and SWCNT electronic film at the negative potential value (-0.45 V vs. Ag/AgCl). The SWCNT electronic film-based glucose biosensor exhibited a sensitivity of 98 ㎂/mM·cm2. In addition, the SWCNT electronic film biosensor showed the excellent selectivity (less than 4 % change) against a variety of redox-active interfering substances, such as ascorbic acid, uric acid, dopamine, and acetaminophen, by avoiding co-oxidation of the interfering substances at the negative potential value.

주제어

표/그림 (7)

그림 Figure 1. Schematic illustration describing the dialysis process used in this study. Highly concentrated surfactants (2% SC) produced the concentration polarization against DI water placed outside the dialysis membrane. After 24 h of dialysis, the surfactant and non-binding TPD and DTT were dialyzed while the SWNTs bigger than dialysis pore were accumulated at the inner wall of the membrane.
그림 Figure 2. Optical (a, b, c) and SEM (d, e, f) images of three SWNT electronic films as a result of the dialysis process of three different solutions, specifically (a, d) pure SWNT, (b, e) SWNT/TPD solution, and (c, f) SWNT/ TPD-DTT solution.
그림 Figure 3. Spectroscopic analysis of SWNT film. (a) UV-Vis spectroscopic analysis of TPD solution (black), pure SWNT (red), and SWNT film (blue). (b) Raman comparison between pure SWNT and SWNT film.
그림 Figure 4. Electrochemical measurements before and after the deposition of SWNT electronic film. (a) CV measurements in 10 mM potassium ferro/ferricyanide solution on a bare Au SPE electrode (blue) and a SWNT/Au electrode (red). (b) EIS measurements in 10 mM potassium ferro/ferricyanide solution on a bare Au SPE electrode (blue) and a SWNT/Au electrode (red) (Inset showing the magnified version of the red EIS plot).
그림 Figure 5. Characterization after enzyme immobilization. (a) UV-Vis measurement before and after enzyme immobilization. Brown dotted lines indicate the signature peaks of GOx. (b) CV measurements showing the redox peak of the enzyme's cofactor (FAD/FADH₂) on various substrates.
그림 Figure 6. Electrochemical characterization of glucose biosensors. (a) A series of CV responses upon the addition of glucose with various concentrations. (b) Current changes at -0.45 V vs. Ag/AgCl upon the glucose addition with different concentrations. (c) A series of CA responses upon the addition of glucose with different concentrations. (d) Current changes after injection of various glucose concentrations.
그림 Figure 7. Electrochemical characterization with various interfering substances. (a) CA measurements with various interfering substances such as AA, AP, DA, and UA. (b) CV measurement with/without interfering substances of AA, AP, and UA.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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