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KR101187648B1 - 티올기 검출을 위한 바이오 센서 및 이의 제조방법 - Google Patents

티올기 검출을 위한 바이오 센서 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR101187648B1
KR101187648B1 KR1020110082432A KR20110082432A KR101187648B1 KR 101187648 B1 KR101187648 B1 KR 101187648B1 KR 1020110082432 A KR1020110082432 A KR 1020110082432A KR 20110082432 A KR20110082432 A KR 20110082432A KR 101187648 B1 KR101187648 B1 KR 101187648B1
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KR
South Korea
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edot
pth
biosensor
thiol group
ito
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KR1020110082432A
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박상현
정연준
Original Assignee
한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은 티올기 검출을 위한 바이오 센서 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 ITO, PTh-EDOT 및 Au 나노입자층이 순차적으로 적층된 티올기 검출을 위한 바이오 센서 및 방사선 조사를 이용하여 Au 나노입자를 제조하는 단계(단계 1); ITO가 코팅된 기판 위에 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 PTh-EDOT 필름을 형성시키는 단계(단계 2); 및 상기 단계 1에서 제조된 Au 나노입자를 상기 단계 2에서 형성된 PTh-EDOT/ITO 필름 위에 분산시켜 Au 나노입자들이 결합된 PTh-EDOT/ITO 필름을 제조하는 단계(단계 3);를 포함하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법에 관한 것이다.

Description

티올기 검출을 위한 바이오 센서 및 이의 제조방법{Biosensor detecting thiol group and the method for preparing biosensor detecting thiol group}
본 발명은 티올기 검출을 위한 바이오 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
활성 산소의 공급과 반응성 중간체를 효과적으로 해독하기 위한 생물학적 시스템 사이의 불균형에 의해 야기되는 산화적 스트레스(oxidative stress)는 생물학적 시스템을 손상시킨다. 일반적인 레독스(redox) 상태에서의 장애는 단백질, 지질(lipid) 및 DNA를 포함하는 세포의 모든 구성성분을 손상시키는 과산화물 및 자유 라디칼의 공급을 통해 독 효과(toxic effect)를 유발시킬 수 있다. 일반적인 상태하에서 인간에게 가장 중요한 활성 산소는 산화적 인산화 반응 동안 미토콘드리아로부터 활성 산소가 누출될 수 있다. 또한, 스트레스, 약물, 담배 연기, 방사선, 중금속 노출 및 특정 식품과 같은 다양한 물리적, 화학적 물질들은 인체에 활성 산소의 발생을 유도할 수 있다. 활성 산소는 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical), 리피드 옥실(lipid oxyl) 또는 페록실 라디칼(peroxyl radical), 일중 항산소(singlet oxygen) 및 특히, 질소 산화물로부터 형성된 퍼옥시나이트라이트(peroxynitrite)를 포함한다. 상기의 분자 모두는 하나의 개체로서 행동하고 "자유 라디칼(free radical)"로 불린다. 상기 화학적 형태는 하나 또는 하나 이상의 홀전자(원자 오비탈 또는 분자 오비탈을 그들 자체로 채우는 전자)를 포함하는 독립적으로 존재할 수 있는 종류를 의미한다. 상기 물질들은 비-라디칼(non-radical)로부터 단전자를 잃거나 비-라디칼에 의해 단전자를 얻음으로써 형성된다. 인간에게, 산화적 스트레스는 죽상 동맥 경화증(atherosclerosis), 파킨슨병, 심부전, 심근경색증, 알츠하이머 병 및 만성 피로 증후군과 같은 다양한 질병을 일으킬 수 있다.
생물학적 시스템에서 활성 산소 발생의 중요한 결과물 중 하나는 리피드 페록사이드(lipid peroxide, LPO)이다. LPO는 자유 라디칼들이 세포막에서 상기 지질(lipid)로부터 전자를 얻거나 포획하는 것에 의한 지질의 산화적 열화를 의미한다. 상기 과정은 세포막의 구조를 완전히 파괴하고 세포를 고사하도록 유도하는 자유 라디칼 연쇄 반응 메커니즘을 통해 진행된다. LPO의 중요한 부산물은 세포막에서 과불포화 지방산(poly unsaturated fatty acid)의 전 산화(preoxidation)에 의해 형성되는 말론디알데하이드(malondialdehyde, MDA)이다. MDA의 증가는 인체에서 산화적 스트레스를 반영한다는 것은 수많은 연구를 통해 확인되었다. MDA는 외인성 자유 라디칼 또는 내인성 활성 산소 발생에 의해 야기되는 LPO의 상태를 평가하기 위해 사용되었다. 따라서, LPO의 생체지료로서 MDA를 선택한 이유는 유일하게 리피드 페록사이드로부터 발생하고, MDA 농도 변화는 지질 산화 수준에서의 변화를 반영하다는 사실에 기인한다. 티오바비투르산(thiobarbituric acid, TBA) 시험은 다양한 화학 약품뿐만 아니라, 생물 시료에서 LPO를 감지하고 수량화하기 위해 지난 40년 동안 이용되었다. 상기 TBA 시험은 형광 적색 첨가물(2TBA-MDA 첨가물)을 분광 또는 크로마토그래피 분석으로 수량화할 수 있으며, 이는 MDA에 대한 TBA의 반응성에 기초한다.
특허문헌 1[대한민국 특허출원 10-2010-0004954]에서는 리포터(reporter)로 2-메틸아미노-6-아세틸나프탈렌을 포함하고, 티올 반응 사이트로 이황화그룹을 포함하며, 하기의 화학식 1로 표시되는 이광자 형광 프로브에 관한 것으로, 생체 세포 및 생체 조직 내 90 내지 180㎛ 깊이에 존재하는 티올을 높은 선택성으로 감지할 수 있는 방법에 관하여 개시하고 있다.
화학식 1
Figure 112011064083120-pat00001
(상기 화학식 1에서 X = S(황)이다.)
특허문헌 2[대한민국 특허출원 10-2007-0128477]에서는 골드 칩 상에 아민(-NH2) 또는 싸이올(-SH) 관능기(functional group)를 갖는 유기 단분자를 도입하여 매개층을 형성한 후 골드 콜로이드 용액에 침지시켜 유기 단분자 상에 골드 콜로이드를 흡착시키는 단계; 골드결합단백질(GBP)과 protein A 또는 G가 결합된 융합단백질을 상기 골드 콜로이드 기판 상에 고정시키는 단계; 및 상기 고정된 융합단백질에 항체를 특이적으로 결합시키는 단계를 포함하는 표면플라즈몬 공명(surface plasmon resonance, SPR) 기술을 이용한 센서 칩의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 센서 칩 및 상기 센서 칩을 이용하여 바이오물질을 검출하는 방법에 관하여 개시하고 있다.
이에, 본 발명자들은 2TBA-MDA를 이용하여 티올기를 검출하는 방법을 연구하던 중 티올기 및 금 나노입자의 상호 결합으로 티올기를 검출할 수 있는 방법을 개발하고, 본 발명은 완성하였다.
본 발명의 목적은 티올기 검출을 위한 바이오 센서를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 ITO, PTh-EDOT 및 Au 나노입자층이 순차적으로 적층된 티올기 검출을 위한 바이오 센서를 제공한다.
또한, 본 발명은 방사선 조사를 이용하여 Au 나노입자를 제조하는 단계(단계 1);
ITO가 코팅된 기판 위에 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 PTh-EDOT 필름을 형성시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 1에서 제조된 Au 나노입자를 상기 단계 2에서 형성된 PTh-EDOT/ITO 필름 위에 분산시켜 Au 나노입자들이 결합된 PTh-EDOT/ITO 필름을 제조하는 단계(단계 3);를 포함하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 티올기 검출을 위한 바이오 센서 및 이의 제조방법은 티올기와 금 나노입자간의 상호결합을 이용하여 티올기를 검출할 수 있고, 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 간단한 방법으로 검출할 수 있고 감지능이 뛰어나므로, 인체의 산화적 스트레스 정도를 판별하여 죽상 동맥 경화증(atherosclerosis), 파킨슨 병, 심부전, 심근경색증, 알츠하이머 병 및 만성 피로 증후군과 같은 다양한 질병으로부터 인간을 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서 및 티올기가 결합된 바이오 센서의 제조공정을 나타낸 모식도이고;
도 2는 ITO 전극 위에 PTh, PEDOT, PTh-EDOT 필름을 성장시킨 결과를 나타낸그래프이고;
도 3은 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서에서 15 사이클 동안 PTh-EDOT 전극에서의 Au 이온의 전기화학적 환원을 나타낸 그래프이고;
도 4는 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서에서 PTh-EDOT/ITO 표면에 형성된 Au 나노입자의 SEM 사진이고;
도 5는 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서의 EDX 스펙트럼을 나타내고;
도 6은 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서인 실시예 1 및 실시예 2의 원자힘 현미경으로 관찰한 결과를 나타내고;
도 7은 Au/PTh-EDOT/ITO, PTh-EDOT/ITO 및 ITO의 XRD 패턴을 나타내고; 및
도 8은 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서 및 티올기가 결합된 바이오 센서의 순환전압전류 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 ITO, PTh-EDOT 및 Au 나노입자가 순차적으로 적층된 티올기 검출을 위한 바이오 센서를 제공한다.
활성 산소의 공급과 반응성 중간체를 효과적으로 해독하기 위한 생물학적 시스템 사이의 불균형에 의해 야기되는 산화적 스트레스(oxidative stress)는 생물학적 시스템을 손상시킨다. 활성 산소는 스트레스, 약물, 담배 연기, 방사선, 중금속 노출 및 특정 식품과 같은 다양한 생리적 또는 화학적 물질에 의해 활성 산소의 발생을 유도할 수 있는데 생물학적 시스템에서 활성 산소 발생의 중요한 결과물 중 하나는 리피드 페록사이드(lipid peroxide, LPO)이다. LPO의 중요한 부산물은 세포막에서 과불포화 지방산(poly unsaturated fatty acid)의 전 산화에 의해 형성되는 말론디알데하이드(malondialdehyde, MDA)이다. MDA의 증가는 인체에서 산화적 스트레스가 발생한다는 것을 의미하고, 이를 검출하기 위해 티오바비투르산(thiobarbituric acid, TBA) 시험을 수행하여 MDA에 대한 TBA의 반응성을 형광 적색 첨가물(2TBA-MDA 첨가물)을 분광 또는 크로마토그래피 분석으로 수량화할 수 있으나, 본 발명에서는 TBA의 티올기를 직접적으로 검출함으로써 산화적 스트레스정도를 유추할 수 있다. 더욱 구체적으로는, 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서에서의 티올기 검출은 티올기와 금 나노입자간의 상호결합에 의해 검출할 수 있으며, 이를 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 검출할 수 있다.
또한, 본 발명은 방사선 조사를 이용하여 Au 나노입자를 제조하는 단계(단계 1);
ITO가 코팅된 기판 위에 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 PTh-EDOT 필름을 형성시키는 단계(단계 2); 및
상기 단계 1에서 제조된 Au 나노입자를 상기 단계 2에서 형성된 PTh-EDOT/ITO 필름 위에 분산시켜 Au 나노입자들이 결합된 PTh-EDOT/ITO 필름을 제조하는 단계(단계 3);를 포함하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법에 있어서, 단계 1은 방사선 조사를 이용하여 Au 나노입자를 제조하는 단계이다.
상기 단계 1의 Au 나노입자는 나노입자를 안정화시키는 나노입자 안정화제 폴리머인 폴리비닐피롤리딘(PVP)을 이용하여 제조할 수 있고, 예를 들어 상기 폴리비닐피롤리딘(PVP), HAuCl4 및 이소프로판올을 혼합하고 방사선을 조사하여 Au 나노입자를 제조할 수 있다. 이때, 방사선은 Co-60의 γ-선을 사용하여 6×105 - 7×105 Gy/h의 선량률로 총 흡수선량이 15 - 35 kGy이 되게 조사하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 총 흡수선량이 15 kGy 미만인 경우에는 제조되는 Au 나노입자의 크기가 커지는 문제가 있고, 총 흡수선량이 35 kGy를 초과하는 경우에는 나노입자 크기에 유의한 영향을 미치지 못하여 불필요한 공정비용이 소비되어 경제적인 손실이 발생하는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법에 있어서, 단계 2는 ITO가 코팅된 기판 위에 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용한 중합으로 PTh-EDOT 필름을 형성시키는 단계이다.
이때, 상기 ITO가 코팅된 기판, 더욱 구체적으로는 글라스(glass)는 초음파로 세척한 후 Th-EDOT 모노머 및 테트라부틸암모늄 퍼클레이트를 아세토니트릴 용액에 첨가하여 상기 단계 2의 순환전압전류법을 이용한 중합은 세부분으로 분리된 용기(three-compartment cell)에서 +1.0 내지 +2.5 V의 전압범위로 수행하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 전압이 +1.0 V 미만인 경우에는 중합반응이 일어나지 않는 문제가 있고, +2.5 V를 초과하는 경우에는 PTh층 상부로 PEDOT이 중합되는 문제가 있다.
또한, 상기 Th-EDOT 모노머는 Th:EDOT의 몰비가 4～6 : 1인 것이 바람직하다. 만약, 상기 Th-EDOT 모노머의 Th 몰비가 4 미만인 경우에는 PTh층이 잘 형성되지 않는 문제가 있고, Th-EDOT 모노머의 Th 몰비가 6을 초과하는 경우에는 PEDOT 이 PTh보다 나중에 중합되는 문제가 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 1에서 제조된 Au 나노입자를 상기 단계 2에서 형성된 PTh-EDOT/ITO 필름 위에 분산시켜 Au 나노입자들이 결합된 PTh-EDOT/ITO 필름을 제조하는 단계이다.
상기 단계 3의 PTh-EDOT/ITO 필름과 Au 나노입자들의 결합은 화학흡착 방법 또는 전기화학적 환원 방법에 의해 수행될 수 있다. 화학흡착은 Au 나노입자들이 결합된 폴리머 용액을 PTh-EDOT/ITO에 분산시켜 수행되며, 전기화학적 환원은 Au염 용액, 더욱 구체적으로는 HAuCl4를 포함하는 KCl 용액에 -12.5 내지 -3.0 V의 전압범위에서 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 전기화학적 환원이 상기 전압범위를 벗어나는 전압으로 수행되는 경우 PTh-EDOT 필름의 전기적인 내구성이 저하되는 문제가 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
<실시예 1> 티올기 검출용 바이오 센서의 제조 1
단계 1: Au 나노입자의 제조 단계
250 ㎖의 폴리프로필렌(poly propylene, PP) 병을 초음파하에서 증류수로 세척한 후 폴리프로필렌 병에 HAuCl4(1.0×10-3M, 1g), PVP(MW=10,000, 1g) 및 이소프로판올(20 ㎖)을 넣은 후, 증류수(180 ㎖)를 첨가하였고 자기 교반으로 혼합하였다. 산소를 제거하기 위해 질소가스는 10분 동안 혼합용액에서 거품을 일게 하였다. 상기 혼합용액은 대기압, 대기온도하에서 Co60 소스로부터 γ-선을 조사하였으며, 총 흡수선량은 25 kGy(선량률=6.48×105/h)이였고, 이에 의해 폴리비닐피롤리딘(poly vinyl pyrrolidine, M.W.=58,000, PVP)으로 안정화된 Au 나노입자를 제조하였다.
단계 2: ITO 가 코팅된 기판 위에 PTh - EDOT 필름을 형성단계
ITO가 코팅된 글라스를 세제, 탈이온수, 아세톤 및 이소프로필 알콜 각각에서 5 분 동안 초음파로 세척하였다. ITO 코팅된 글라스를 10 분 동안 UV-오존 처리한 후 0.05 M의 Th-EDOT 모노머(Th:EDOT 몰비 5:1) 및 0.05 M의 테트라부틸암모늄 퍼클로에이트(tetrabutylammonium perchlorate, TBAP)를 아세토니트릴(acetonitrile, AN) 용액에 첨가하고, 세부분으로 분리된 용기(three-compartment cell)에서 상온으로 +1.0 내지 +2.5 V의 전압범위에서 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 ITO 코팅된 글라스(20 ㎜×10 ㎜)에 PTh-EDOT 필름을 형성시켰다.
단계 3: Au 나노입자들이 결합된 PTh - EDOT / ITO 필름 제조 단계
상기에서 제조된 Au 나노입자들을 PTh-EDOT 전극에 분산시킨 후 24 시간 동안 유지시켜 화학흡착으로 고정시키고, 고정되지 않은 Au 나노입자들은 제거하고 건조시켜 티올기를 검출할 수 있는 바이오 센서를 제조하였다.
<실시예 2> 티올기 검출용 바이오 센서의 제조 2
실시예 1의 단계 2에서 15 사이클 동안 50 mV/s 스캔레이트(scan rate)로 0.001M HAuCl4를 포함하는 0.1 M KCl 용액에서 -12.5 내지 -3.0 V의 전압범위에서 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 Au 나노입자들을 PTh-EDOT 전극에 결합시키는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 바이오 센서를 제조하였다.
<실시예 3> 티올기가 결합된 바이오 센서의 제조 1
상기 실시예 1에서 제조된 바이오 센서에 티올기 검출을 위한 실험을 수행하기 위해 1-데칸티올을 하기의 방법으로 고정화시켜, 티올기가 결합된 바이오 센서를 제조하였다.
1-데칸티올을 고정화시키는 방법은 1-데칸티올을 상기 실시예 1에서 제조된 Au/PTh-EDOT 전극에 떨어뜨리고 2 시간 동안 유지시켜 Au 및 -SH기 사이의 화학 흡착에 의해 결합시킨 후 Au/PTh-EDOT 전극에 고정되지 않은 1-데칸티올을 세척하고 건조시켰다.
<실시예 4> 티올기가 결합된 바이오 센서의 제조 2
상기 실시예 2에서 제조된 바이오 센서를 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 1-데칸티올을 고정화시켜 1-데칸티올이 결합된 바이오 센서를 제조하였다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서 및 티올기가 결합된 바이오 센서의 제조공정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 ITO 전극 위에 PTh, PEDOT, PTh-EDOT 필름을 성장시킨 결과를 나타낸다. 도 2의 (a)는 Th, (b)는 EDOT 및 (c), (d)는 Th:EDOT=5:1 모노머를 나타낸다.
도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, Th 모노머의 산화는 1.8 V에서 시작되었으며, 2.25 V 이상에서의 전류 강하는 작동 전극 주위에 산화되는 모노머의 감소 때문이다. EDOT 모노머의 경우에 시작 전위는 1.3 V(도 2의 (b))이고, 시작 전위값은 Th의 산화가 EDOT보다 더욱 어려운 것을 나타내며, 그 결과 EDOT에서 3,4-에틸렌다이옥시(3,4-ED) 치환기는 전자를 내놓게 되고, 의도하지 않은 그래프팅 반응의 가능성을 차단하고 산화 전위를 감소시킨다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, PTh-EDOT의 전기 중합에 적용되는 Th-EDOT 몰비는 1 보다 높은 값이다. 도 2의 (c) 및 (d)는 Th-EDOT 모노머의 개시 산화 전위 및 산화 전류밀도는 순수한 Th와 EDOT 사이 값이다. Th-EDOT에 대한 양과 음 곡선의 초기 기울기는 PEDOT에 대한 것과 유사하며, 이는 EDOT 모노머 산화는 Th-EDOT 경우에 우세하다.
도 3은 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서에서 15 사이클 동안 PTh-EDOT 전극에서의 Au 이온의 전기화학적 환원을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서에서 PTh-EDOT/ITO 표면에 형성된 Au 나노입자의 SEM 사진이다. 도 4의 (a)는 PTh-EDOT/ITO이고, (b)는 실시예 1인 Au/PTh-EDOT/ITO 바이오 센서의 SEM 사진이다. PTh-EDOT 전기 중합된 표면의 SEM 사진은 PTh-EDOT 표면이 다공성 구조로 이루어진 것을 알 수 있고, 폴리머 안밖으로 이온이 빠르게 확산되게 한다. 도 4의 (c)는 실시예 2에서 제조된 Au/PTh-EDOT/ITO 바이오 센서의 SEM 사진이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, Au 나노입자들은 PTh-EDOT 표면에 30 - 150 ㎚의 직경으로 분포된 것을 알 수 있었다. PTh-EDOT에서 Au 나노입자들의 직경은 약 20 - 100 ㎚이었고, 실시예 1인 Au/PTh-EDOT/ITO에서 관찰된 것보다 작은 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1인 Au/PTh-EDOT/ITO의 Au 종횡비(aspect ratio)는 실시예 2인 Au/PTh-EDOT/ITO보다 높은 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 실시예 1(도 5의 (a)) 및 2(도 5의 (b))인 티올기 검출용 바이오 센서의 EDX 스펙트럼을 나타내고, Au/PTh-EDOT/ITO에서 Au 원자로부터 AuMa, AuMb, AuLa은 강한 신호로 관찰되었고, PTh-EDOT(SKa, SKb) 및 ITO(InLa, InLb, SiKa, SiKb)에서 S 원자는 약한 신호로 관찰되었다. 도 6은 실시예 1(도 6의 (a)) 및 실시예 2(도 6의 (b))의 원자힘 현미경으로 관찰한 결과를 나타내고, 실시예 1인 Au/PTh-EDOT의 표면 거칠기가 실시예 2인 Au/PTh-EDOT보다 더 높은 것을 알 수 있다.
도 7은 Au/PTh-EDOT/ITO, PTh-EDOT/ITO 및 ITO의 XRD 패턴을 나타낸다. 도 7의 (a)는 ITO 기판이고, (b)는 PTh/ITO이고, (c)는 실시예 1인 Au/PTh-EDOT/ITO이고, (d)는 실시예 2인 Au/PTh-EDOT/ITO이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, ITO 글라스(a)는 무정형 구조를 나타낸다. PTh-EDOT/ITO (b)는 2θ가 31.2°, 36.1°에서 분자 사이 규칙성을 나타내는 피크가 나타났다. 이는 고분자화합물(copolymer)이 규칙적으로 반복되는 구조를 가지며, 고체 상태에서 규칙적인 구조를 가지기 때문이다. 폴리티오펜 또한 고체상태에서 규칙적인 구조를 가지며 XRD 피크로부터 알 수 있었고, 이는 고분자의 사방정계 구조에 의해 설명된다.
도 7의 (c), (d)에는 2θ가 38.7°, 44.9°, 65.0° 및 78.0°에서 Au/PTh-EDOT/ITO의 XRD 피크가 나타나고, 이는 면심입방구조 Au 금속의 (111), (200), (220), (311) 각각에서 회절이 발생한다. 하기 수학식 1인 쉐러 방정식(Scherrer formula)를 이용하여 결정의 직경(L)은 9.8 ㎚로 계산되었다.
Figure 112011064083120-pat00002
여기서, K는 0.89이고, λ는 X-ray 파장이고, β는 반치폭이고, θ는 브래그각이고, h,k,l은 격자상수이다.
상기 결과는 20 - 150 ㎚ 크기의 Au 나노입자들은 10 ㎚ 크기의 결정으로 이루어지고, Au 나노입자들이 효과적으로 PTh-EDOT 층에 결합된 것을 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 티올기 검출용 바이오 센서의 순환전압전류 곡선을 나타낸 그래프이다. 도 8의 (a)는 실시예 1인 Au/PTh-EDOT/ITO이고, (b)는 실시예 3인 DT/Au/PTh-EDOT/ITO이고, (c)는 실시예 2인 Au/PTh-EDOT/ITO이고, (d)는 DT/Au/PTh-EDOT/ITO이다.
Au/PTh-EDOT/ITO 및 DT/PTh-EDOT/ITO 경계면에서 전기화학적 반응의 가역성을 측정하기 위해 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하였다. 스캔 레이트는 50 mV/s로 고정하였으며, 아세토니트릴(AN) 용액에서 0.05M의 TBAP는 경계면을 테스트하기 위한 전기화학적 프로브(probe)로 사용하였다. 도 8에 나타낸 바와 같이, DT/Au/PTh-EDOT/ITO의 전류 값은 Au/PTh-EDOT/ITO와 비교하여 감소하였다. DT/Au/PTh-EDOT/ITO의 표면에서의 전기활성 이온의 낮은 농도로 존재하는 것은 Au/PTh-EDOT/ITO 표면에 1-데칸티올(DT)이 전극에 경계면의 전자 이동에 대해 장벽 역할을 하는 절연층을 발생시켰기 때문이다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (13)

  1. ITO, PTh-EDOT 및 Au 나노입자층이 순차적으로 적층된 티올기 검출을 위한 바이오 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 티올기 검출은 티올기와 금 나노입자간의 상호결합에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출을 위한 바이오 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 검출은 순환전압전류법(cyclic voltammetry)을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출을 위한 바이오 센서.
  4. 방사선 조사를 이용하여 Au 나노입자를 제조하는 단계(단계 1);
    ITO가 코팅된 기판 위에 순환전압전류법(cyclic voltammetry, CV)을 이용하여 PTh-EDOT 필름을 형성시키는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 1에서 제조된 Au 나노입자를 상기 단계 2에서 형성된 PTh-EDOT/ITO 필름 위에 분산시켜 Au 나노입자들이 결합된 PTh-EDOT/ITO 필름을 제조하는 단계(단계 3);를 포함하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 단계 1의 Au 나노입자 제조는 나노입자 안정제 폴리머인 폴리비닐피롤리딘(PVP)을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 단계 1의 방사선은 Co-60의 γ-선인 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 단계 1의 방사선 조사는 6×105 - 7×105 Gy/h의 선량률로 총 흡수선량이 25 - 35 kGy인 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 단계 1의 Au 나노입자는 HAuCl4, 폴리비닐피롤리딘 및 이소프로판올을 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 단계 2의 순환전압전류법은 +1.0 내지 +2.5 V인 전압범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 단계 2의 PTh-EDOT는 Th-EDOT 모노머 및 테트라부틸암모늄 퍼클로레이트(TBAP)를 1:1의 몰비로 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 Th-EDOT 모노머는 Th:EDOT의 몰비가 4～6:1인 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  12. 제4항에 있어서, 상기 단계 3의 PTh-EDOT/ITO 필름과 Au 나노입자들의 결합은 화학흡착 방법 또는 전기화학적 환원 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전기화학적 환원 방법은 Au염 용액을 이용하여 -12.5 내지 -3.0 V의 전압범위에서 순환전압전류법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 티올기 검출용 바이오 센서의 제조방법.
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