[논문]마이크로/나노 다공질 실리콘을 이용한 바이오센서

박은진; 진준형; 송민정; 홍석인; 민남기

마이크로/나노 다공질 실리콘을 이용한 바이오센서
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박은진 (고려대학교 바이오마이크로시스템협동과정) , 진준형 (고려대학교 화공생명공학과) , 송민정 (고려대학교 바이오마이크로시스템협동과정) , 홍석인 (고려대학교 바이오마이크로시스템협동과정) , 민남기

본 논문에서는 마이크로/나노 다공질 실리콘 기판에 여러 형태의 전극을 형성하여 혈액 중의 요소, 콜레스테롤, AST, ALT 농도를 검출하는 바이오센서를 제각하고, 그 특성을 고찰하였다. 다공질 실리콘에 제작된 전극들은 모두 평면전극에 비해서 높은 감도증가를 나타내었는데, 이것은 다공질 실리콘 구조를 통한 유효전극면적의 증가에 기인하는 것으로 생각된다.

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문제 정의

본 논문에서는 마이끄로/ 나도 다공질 실리콘 기판에 여러 종류의 전국을제작하여 요소, 콜레스테롤, ALT, AST 검출용 바이오센서를 제작하여 표면적 증대와 감도 사이의 관계에 대해 고찰하였고, 감도향상 효과를 단결정실리콘 기판을 이용한 센서 전극과 비교하였다.

제안 방법

그림 4는 콜레스테롤 전극 제작 과정을 나타낸 것으로, 그림(a)와 같이 silinization을 포함한 몇 단계의 SAM를 형성시키는 과정을 거쳐 효소를 고정화 하였다. 고정된 효소에서 일어나는 반응은 그림 4(b)와 같다.
다공질 실리콘의 표면 이용을 극대화하기 위해 앞에서 제작한 Pt/WSi 전극위에 SAM (self-assemlbled monolayer)를 형성한 후 효소를 고정화하였다
백금 박막전극위예 고정화되었다. 우리는 특성 비교를 위혱서 두 가지 형태의 요소 바이오셴서를 제작하였다. 하나는 다공칠 실리콘 기판에 제작한 Urs/P3MT/PSi 전극이고, 다튼 하나 E단결정 실리콘 기판에 제작한 Urs/P3MT/Pt/Ti/Si 전극이다.
위의 결과와 같이 전극의 유효 면적을 증가시켜 센서 감도를 향상시킨 전극을이용하여 간기능지표물질 감지를 위한 바이오센서를 제작하였다. 간에는 많은효소가 존재하는데, 간실잘이 파괴되면 이 효소들이 혈중으로 나오게 되며 대표적인 물질이 AST와 ALT이다.

대상 데이터

다공질 실리콘은 49%HF : ^%C₂H₅OH ; DI water = 12:1의 용액 속옙서 전기화학적 옙칭으로 형성되었다. 이때 흐르는 전류는 -7mA/cm² 이였다.

성능/효과

교정 곡선을 나타낸 것이다. I-lOOmM 요소 농도 범위에서 셴서 외 출력전류낄도 가 요소 농도에 직선적으로 변화함을 볼 수 있으며, 그림(b)의 다공질 실리콘에 제작된 전극의 감도는 L67uA/mM로 평면 적극 애 비해 약 16볘만큼 증가하는 것으로 계산되었다.
Randles-Sevick equation을 이용해 계산된 planar 전극의 유효전극면적은 0.1608cm2, 다공질실리콘 전극의 유효면적은 0.5054 cm² 로 되어, 다공질 실리콘 전극의 유효면적이 약 3배로 증가함을 알 수 있었으며, 따라서 다공질 전극을 이용한 바이오센서의 감도 증가는 다공질실리콘 구조의 유효 전극 면적 증가에 기인하는 것으로 생각된다.
간에는 많은효소가 존재하는데, 간실잘이 파괴되면 이 효소들이 혈중으로 나오게 되며 대표적인 물질이 AST와 ALT이다. 따라서 본 바이오센서에서 혈중의 AST, ALT 활성을 검출함으로써 간 실질 질환을 예측할 수 있다. 바이오센서 전극 제작과정은 그림 4와 동일하나, 고정화하는 효소가 ALT, AST로 이들 효소의전극 표면에서의 반옹과 정온 그림 6과 같다.
이와 같이 다공질 실리콘에 제작된 전극들은 모두 평면전극에 비해서 높은 감도 중가를 나타내었는데, 이는 다공질 실리콘의 표면적 증가가 유효전극면적을 중가시켜 감도에 영향을 미치는 것으로 생각된다.
감도를 비교한 결과이다. 일반 실리콘 전극의 바이오센서는 10 mM-100 mM의 콜레스테롤 농도 범위에서 평균 감도가 0.08567 uA/mM (correlation coefficient (r) = 0975)이었고, 다공질 전극을 이용한 바이오센서에서는 1 mM-100 mM 에서 0.2656 uA/mM ( r = 0.975)의 감도를 나타내었다.

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