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KR102584932B1 - 유해 물질의 검출 방법 및 이를 이용한 센서 - Google Patents

유해 물질의 검출 방법 및 이를 이용한 센서 Download PDF

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KR102584932B1
KR102584932B1 KR1020210098777A KR20210098777A KR102584932B1 KR 102584932 B1 KR102584932 B1 KR 102584932B1 KR 1020210098777 A KR1020210098777 A KR 1020210098777A KR 20210098777 A KR20210098777 A KR 20210098777A KR 102584932 B1 KR102584932 B1 KR 102584932B1
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South Korea
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sensor system
colorimetric sensor
aminophenol
concentration
alkaline phosphatase
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윤현호
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성균관대학교산학협력단
주식회사 티앤엘
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Abstract

본원은 금속 이온, 및 계면활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하고, 상기 금속 이온이 유해 물질에 의해 상기 금속 나노 입자로 환원되며, 상기 유해 물질의 양에 따라 상기 금속 이온의 환원되는 양이 조절되어 색이 변환되는 것인, 비색 센서 시스템에 관한 것이다.

Description

유해 물질의 검출 방법 및 이를 이용한 센서 {DETECTING METHOD FOR HAZARDOUS SUBSTANCE AND SENSOR USING THE SAME}
본원은 유해 물질의 검출 방법 및 이를 이용한 센서에 관한 것이다.
비색 센서는 색상 변화를 통해 습도, 산도, 특정 화학물질의 농도 등의 정보를 밝힐 수 있는 센서를 의미한다. 이러한 비색 센서는 특정 물질의 농도를 구체적인 수치로서 파악할 수는 없으나 특정 물질의 대략적인 농도를 추정할 수 있기 때문에, 미량으로도 인체나 환경 등에 유해한 유해 물질의 농도를 확인할 때 유용하다.
예를 들어, 알칼리 포스파타제(ALP)는 핵산, 단백질 및 생체 분자의 탈인산화를 촉진시키는 효소로서, 유방암, 골감소증, 전립선 암, 뼈 질환, 및 간담도 질환 등의 질병과 관련한 바이오 마커이다. 이러한 알칼리 포스파타제의 농도를 대략적으로 추정하기 위해 아스코르브산 기반의 비색 센서가 개발되었으나, 아스코르브산의 농도는 환자의 영양 상태에 달라질 수 있어 일관적이지 못한 단점이 있다.
또한 예를 들어, 산업 현장에서 사용되는 아닐린은 생체 내에서 아미노페놀로 변화되는데, 상기 아미노페놀은 독성을 가져 기형을 유발하는 유해 물질로 알려져있다. 이러한 아미노페놀은 염료, 고무, 석유 첨가제 등뿐만 아니라, 아세트아미노펜 등의 진통성 약물의 중간 화합물이기 때문에, 흡입을 최소화할 필요가 있다. 아미노페놀의 농도를 측정하기 위해, 형광성 란타나이드-기능화 된 금속-유기 프로브의 담금질 현상을 기반으로 한 아미노페놀 분석용 형광 측정 센서가 개발되었으나, 형광 및 소광 기술을 응용한 체액 및 의약품 분석에서 아미노페놀의 농도를 정량적으로 측정 할 수 있을 만큼 민감하지 않고, 검출 한계는 45.5 μM로 높으며, 형광 물질의 자가 소광이 필요한 등의 단점이 있다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 본원은 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템을 제공한다.
본원의 배경이 되는 기술인 논문 (Lin T, Li Z, Song Z, Chen H, Guo L, Fu F, Wu Z. Visual and colorimetric detection of p-aminophenol in environmental water and human urine samples based on anisotropic growth of Ag nanoshells on Au nanorods. Talanta. 2016;148:62-8. doi: 10.1016/j.talanta.2015.10.056. Epub 2015 Oct 23. PMID: 26653424.)은 금 나노 로드 상에 형성된 Ag 나노 쉘을 통해 아미노페놀을 비색 센싱하는 방법을 개시하고 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간편하게 유해 물질의 농도를 측정할 수 있는 비색 센서 시스템 및 이를 이용한 유해 물질의 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본원은 상기 비색 센서 시스템을 포함하는 비색 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 금속 이온, 및 계면활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하고, 상기 금속 이온이 유해 물질에 의해 상기 금속 나노 입자로 환원되며, 상기 유해 물질의 양에 따라 상기 금속 이온의 환원되는 양이 조절되어 색이 변환되는 것인, 비색 센서 시스템에 대한 것이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은, 상기 금속 나노 입자의 농도 또는 크기에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀(aminophenol)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 아미노페놀 포스페이트(aminophenol phosphate)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 상기 아미노페놀 포스페이트가 알칼리 포스파타제(ALP)에 의해 환원됨으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 계면 활성제는 제미니 계면활성제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 각각 독립적으로 Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서 시스템을 사용한 유해 물질의 검출 방법에 대한 것으로서, 금속 이온, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성하는 단계, 상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하는 단계, 및 상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하는 단계를 포함하는, 유해 물질의 검출 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템의 색을 통해, 상기 유해 물질의 농도를 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질의 농도는 0 μM 초과 100 μM 이하 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 단계, 및 상기 알칼리 포스파타제에 의해 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 변환되는 단계를 포함하는 단계에 의해 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 상기 아미노페놀의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀의 농도에 따라 상기 금속 나노 입자의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도는 0 U/L 초과 300 U/L 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 환원제는 NaBH4, H2O2, 탄닌산(tannic acid), NaOH, KOH, N2H4, Na2HPO4, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium), LiBH4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서 시스템을 포함하는, 비색 센서를 제공한다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원에 따른 비색 센서 시스템은, 아미노페놀(p-AP) 또는 알칼리 포스파타제(ALP)와 같은 유해 물질을 검출하기 위한 것으로서, 상기 유해 물질에 대해 선택적으로 반응하고 민감한 비색 센서 시스템을 제공할 수 있다.
구체적으로, 근로자는 호흡을 통해 다양한 산업 현장에서 사용되는 아닐린을 흡수할 수 있다. 상기 아닐린의 약 15% 내지 약 60% 는 체내에서 아미노페놀로 산화되고, 상기 산화된 아미노페놀의 농도를 측정함으로써, 근로자가 아닐린에 노출되는 정도를 파악할 수 있고, 이를 통해 근로자가 독성이 강한 아닐린을 흡수하지 않도록 방책을 마련할 수 있다.
또한, 상기 아미노페놀은 아세트아미노펜 또는 파라세타몰 약물을 제조할 때 중간체로서 형성될 수 있으나, 상기 아미노페놀이 50 ppm 이상으로 체내에 축적되면 위험할 수 있다. 따라서, 본원에 따른 비색 센서 시스템을 통해 파라세타몰 약물을 제조할 때 아미노페놀의 발생 정도를 파악할 수 있다.
또한, 상기 알칼리 포스파타제는 유방암, 골 종양 등의 바이오 마커로서, 본원에 따른 비색 센서 시스템은 샘플 내의 알칼리 포스파타제의 농도를 측정할 수 있고, 다른 마커를 분석하기 위한 ELISA 시스템에서도 응용될 수 있다.
또한, 본원에 따른 비색 센서 시스템은, 기본적으로 포스파타아제를 포함하고 있는 다른 화합물 protein tyrosine phosphatase (PTP)등의 검출에 사용될 수 있다.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.
도 1 은 본원의 일 구현예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 2 는 본원의 일 구현예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 유해 물질의 검출 방법의 순서도이다.
도 4 은 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 6 의 (a) 및 도 6 의 (b) 는 각각 본원의 일 비교예에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이다.
도 7 의 (a) 및 도 7 의 (b) 는 각각 본원의 일 비교예에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이다.
도 8의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 TEM 이미지이고, 도 8 의 (b) 는 상기 비색 센서 시스템에 유해 물질을 첨가했을 때의 TEM 이미지이다.
도 9 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다.
도 10 의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다.
도 11 은 본원의 실시예에 따른 비색 센서 시스템에 대한 그래프이다.
도 12 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 유해 물질 선택성을 나타내는 그래프 및 사진이다.
도 13 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 유해 물질 선택성을 나타내는 그래프 및 사진이다.
도 14 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이다.
도 15 의 (a) 는 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 는 알칼리 포스파타제의 농도에 대한 흡광도 변화를 선형으로 표현한 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 의 기재는, "A 또는 B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
이하에서는 본원의 유해 물질의 검출 방법 및 이를 이용한 센서에 대하여, 구현예 및 실시예와 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되는 것은 아니다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면은 금속 이온, 및 계면활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하고, 상기 금속 이온이 유해 물질에 의해 상기 금속 나노 입자로 환원되며, 상기 유해 물질의 양에 따라 상기 금속 이온의 환원되는 양이 조절되어 색이 변환되는 것인, 비색 센서 시스템에 대한 것이다.
본원에 따른 비색 센서(colorimetric sensor)는, 특정 물질에 반응하면 색이 변화하는 물질을 사용한 센서로서, 물질의 양이 매우 적더라도 특정 물질을 검출할 수 있어 유해 물질 등을 검출하기 위해 유용하게 사용될 수 있다.
도 1 및 2 는 본원의 일 구현예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다. 후술하겠지만, 도 1 은 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템의 모식도이고, 도 2 는 알칼리 포스파타제를 검출하기 위한 비색 센서 시스템의 모식도이다.
상기 금속 이온, 및 계면 활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하는 시스템에, 유해 물질을 첨가하면, 상기 금속 이온이 상기 유해 물질에 의해 환원될 수 있다. 이 때, 상기 환원된 금속 이온은 상기 시스템에 유해 물질이 첨가되기 전에 이미 존재하는 금속 나노 입자의 표면과 결합하거나, 또는 새로운 금속 나노 입자를 형성하기 때문에, 상기 시스템에서 금속 나노 입자의 농도 또는 크기가 증가하고, 이에 따라 상기 시스템이 가시광선과 반응하는 정도가 변화되어 상기 시스템의 색이 변화될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은, 상기 금속 나노 입자의 농도 또는 크기에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 상기 금속 나노 입자의 형상에 따라서도 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화될 수 있다.
상기 금속 나노 입자의 표면에서는 표면 플라스몬 공명(surface plasmon resonance)이 발생할 수 있기 때문에, 상기 금속 나노 입자의 농도, 크기, 및/또는 모양에 따라 빛의 반사가 조절되어 상기 시스템의 색이 변화될 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 이온, 및 계면 활성제가 결합된 금속 나노 입자를 포함하는 시스템에 유해 물질을 첨가하면, 금속 나노 입자의 농도, 크기, 및/또는 형상이 변화될 수 있다. 이 때, 상기 금속 나노 입자의 크기 변화는 대략 2 nm 내지 3 nm의 흡광도 변화를 유발하나, 상기 흡광도의 변화에 의해 육안으로 관찰될 수준으로 금속 나노 입자의 색이 변화하지는 않는다.
그러나, Ag 의 흡광대역은 400 nm대이고, 금의 흡광대역은 500 nm대임을 고려하고, 상기 금속 나노 입자 또는 금속 이온이 Au, Ag 등을 포함할 경우, 상기 금속 나노 입자는 구형 Au 나노 입자의 표면에 Ag 나노 입자가 코팅되어 큰 흡광도 변화를 유발할 수 있고, 이로 인해 금속 나노 입자의 색 변화를 육안 또는 흡광도 측정기를 통해 관측할 수 있다.
상기 금속 나노 입자는 나노 사이즈이기 때문에, 금속 나노 입자의 모양, 크기, 입자간 거리 등에 따라 나노 입자 표면의 전자의 진동(오실레이션)이 민감하게 변화하며, 이로 인해 상기 금속 나노 입자에 조사되는 빛의 굴절율이 변화한다. 상기 빛의 굴절율은 금속 나노 입자의 모양에 의해 변경될 수 있으며, 예를 들어 나노 바이피라미드 구조에서 구형 입자로 변화하는 과정에서 입자의 굴절율 변화, 즉 흡광도의 변화가 크게 일어남을 통해 색변화를 관찰할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 유해 물질과 반응하지 않은 금속 나노 입자의 입자 크기는 1 nm 내지 10 nm 이고, 유해 물질과 반응한 금속 나노 입자의 크기는 20 nm 내지 40 nm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 색이 변화된 비색 센서 시스템에서의 금속 나노 입자의 농도는 10 mM/L 내지 30 mM/L 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀(aminophenol)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 따른 아미노페놀은 하이드록실기(-OH) 및 아미노기(-NH2)가 결합된 벤젠고리로서, 아닐린이 체내에서 대사됨으로써 형성되거나, 아세트아미노펜을 형성하는 과정에서 중간물질로서 형성되거나, 또는 아미노페놀 포스페이트가 탈인화되어 형성된 것일 수 있다.
상기 아미노페놀은 금속 이온을 환원시켜 금속 나노 입자의 성장을 유도할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 아미노페놀 포스페이트(aminophenol phosphate)을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 비색 센서 시스템이 아미노페놀 포스페이트를 포함할 경우, 상기 유해 물질은 알칼리 포스파타제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 상기 아미노페놀 포스페이트가 알칼리 포스파타제(ALP)에 의해 환원됨으로써 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알칼리 포스파타제는 체내의 장기에 존재하는 효소로서, 혈액이나 타액 등에서 검출될 수 있다. 성인 인간 혈청의 정상 ALP 수준은 40-120 U/L 이며 임산부의 경우 태반 등에 의해 ALP 가 더 많이 측정될 수 있다. 이러한 아미노페놀 수치가 상기 범위를 벗어날 경우, 골모세포성 뼈종양, 담즙 폐쇄, 당뇨병, 일부 대사 장애, 윌슨병 등의 위험이 있을 수 있다.
종래의 알칼리 포스파타제는 형광측정법, 라만 산란, 모세관 전기영동, 전기화학반응 등을 통해 검출되었으나, 계측 방법이 복잡하고, 오랜 시간이 소요되는 등의 단점이 있다. 이러한 점을 극복하기 위해 알칼리 포스파타제에 의해 아스코르브산으로 환원되는 아스코르브산 포스페이트를 통해 알칼리 포스파타제를 검출하는 방법이 고안되었으나, 아스코르브산은 환자의 영양 상태에 크게 의존하여 정량화가 어려운 단점이 있다.
본원에 따른 비색 센서 시스템은, 알칼리 포스파타제의 탈인화반응을 통해 상기 아미노페놀 포스페이트를 아미노페놀로 환원시키는 과정을 포함할 수 있으며, 상기 알칼리 포스파타제의 양에 따라 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 환원되는 속도 및 양이 조절되고, 상기 아미노페놀의 양에 따라 상기 시스템의 색이 변화한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템의 pH 는 7.5 내지 10.5 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 비색 센서 시스템의 pH 는 약 7.5 내지 약 10.5, 약 8.0 내지 약 10.5, 약 8.5 내지 약 10.5, 약 9.0 내지 약 10.5, 약 9.5 내지 약 10.5, 약 10.0 내지 약 10.5, 약 7.5 내지 약 8.0, 약 7.5 내지 약 8.5, 약 7.5 내지 약 9.0, 약 7.5 내지 약 9.5, 약 7.5 내지 약 10.0, 약 8.0 내지 약 10.0, 약 8.5 내지 약 9.5 또는 약 9 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알칼리 포스파타제는 pH 가 약 8.5 내지 약 9.5 인 환경에서 활성화되는 효소이기 때문에, 상기 비색 센서 시스템을 사용해 알칼리 포스파타제의 농도를 측정하기 위해서는 pH 를 조절할 필요가 있다.
즉, 상기 비색 센서 시스템은, 도 1 과 같이 아미노페놀에 의해 환원된 금속 나노 입자에 따라 색상이 변화하는 것을 통해 아미노페놀의 양을 추측할 수 있는 것이다. 상기 아미노페놀이 상기 아미노페놀 포스페이트 및 알칼리 포스파타제의 반응으로 형성된 것일 경우, 도 2 와 같은 반응이 발생함으로써 아미노페놀이 형성되고, 상기 아미노페놀의 생성량에 따라 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하므로, 알칼리 포스파타제의 농도를 측정할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 계면 활성제는 제미니 계면활성제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 제미니 계면활성제는 하기 화학식 1 로서 표현되는 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 1]
본원에 따른 제미니 계면 활성제는 2 개 이상의 친수기 및 2 개 이상의 소수기를 포함하는 계면활성제를 의미한다.
이와 관련하여, 상기 계면 활성제는 CTAB 을 추가 포함할 수 있다. 상기 CTAB 은 금속 이온을 환원시켜 금속 나노 입자를 형성하면서, 동시에 금속 나노 입자의 크기 및 모양을 균일하게 생성하는 역할을 수행할 수 있다.
후술하겠지만, CTAB 은 환원제로서의 역할과, 계면활성제로서의 역할을 동시에 수행할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 각각 독립적으로 Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 Ag 을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 제 2 측면은 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서 시스템을 사용한 유해 물질의 검출 방법에 대한 것으로서, 금속 이온, 계면활성제, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성하는 단계, 상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하는 단계, 및 상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하는 단계를 포함하는, 유해 물질의 검출 방법을 제공한다.
본원의 제2 측면에 따른 유기 물질의 검출 방법에 대하여, 본원의 제1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제1 측면에 기재된 내용은 본원의 제2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
도 3 은 본원의 일 구현예에 따른 유해 물질의 검출 방법의 순서도이다.
먼저, 금속 이온, 계면 활성제, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성한다 (S100). 이와 관련하여, 상기 금속 이온, 계면 활성제, 및 환원제가 혼합되는 환경은 용매가 증류수인 환경일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 금속 이온의 일부는 상기 환원제에 의해 환원되어 금속 나노 입자를 형성할 수 있으나, 나머지 일부는 상기 환원제와 반응하지 않아 금속 나노 입자를 형성하지 않고 용액 상에서 이온 형태로 존재할 수 있다. 이 때, 상기 계면 활성제는 금속 나노 입자 또는 금속 나노 이온이 용액 상에서 침전되지 않도록 분산 안전성을 향상시키고, 금속 나노 입자가 균일한 모양 및 크기를 갖도록 나노 입자를 형성하는 역할을 수행한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 환원제는 NaBH4, H2O2, 탄닌산(tannic acid), NaOH, KOH, N2H4, Na2HPO4, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium), LiBH4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 관련하여, 상기 환원제는 CTAB 을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯, 상기 CTAB 은 상기 금속 이온의 일부를 환원시키면서, 동시에 금속 나노 입자의 형태 및 크기를 균일하게 하는 역할을 수행하기 때문에, 환원제 및 계면 활성제로서 기능할 수 있다.
상기 비색 센서 시스템은 환원제에 의해 형성된 금속 나노 입자를 포함하기 때문에, 금속 이온, 계면 활성제, 및 환원제가 혼합되기 전의 용매와 혼합된 후의 용매의 색은 상이할 수 있다.
후술하겠지만, 상기 비색 센서 시스템은 아미노페놀 포스페이트를 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이어서, 상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하였다 (S200).
이어서, 상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하였다 (S300).
상기 비색 센서 시스템을 유해 물질과 혼합하면, 상기 유해 물질에 의해 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원되는 과정이 즉각적으로 발생할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 아미노페놀을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질의 농도는 0 μM 초과 100 μM 이하 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 유해 물질의 검출 방법을 통해 측정할 수 있는 아미노페놀의 농도는 약 0 μM 초과 약 100 μM 이하, 약 5 μM 내지 약 100 μM, 약 10 μM 내지 약 100 μM, 약 15 μM 내지 약 100 μM, 약 20 μM 내지 약 100 μM, 약 25 μM 내지 약 100 μM, 약 30 μM 내지 약 100 μM, 약 35 μM 내지 약 100 μM, 약 40 μM 내지 약 100 μM, 약 45 μM 내지 약 100 μM, 약 50 μM 내지 약 100 μM, 약 55 μM 내지 약 100 μM, 약 60 μM 내지 약 100 μM, 약 65 μM 내지 약 100 μM, 약 70 μM 내지 약 100 μM, 약 75 μM 내지 약 100 μM, 약 80 μM 내지 약 100 μM, 약 85 μM 내지 약 100 μM, 약 90 μM 내지 약 100 μM, 약 95 μM 내지 약 100 μM, 약 0 μM 초과 약 5 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 10 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 15 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 20 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 25 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 30 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 35 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 40 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 45 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 50 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 55 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 60 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 65 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 70 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 75 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 80 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 85 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 90 μM 이하, 약 0 μM 초과 약 95 μM 이하, 약 5 μM 내지 약 95 μM, 약 10 μM 내지 약 90 μM, 약 15 μM 내지 약 85 μM, 약 20 μM 내지 약 80 μM, 약 25 μM 내지 약 75 μM, 약 30 μM 내지 약 70 μM, 약 35 μM 내지 약 65 μM, 약 40 μM 내지 약 60 μM, 약 45 μM 내지 약 55 μM, 또는 약 50μM 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 유해 물질의 검출 방법을 통해 검출할 수 있는, 상기 아미노페놀의 검출 한계는 0.32 μM 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상술하였듯, 상기 환원제에 의해 환원되지 않은 금속 이온은 아미노페놀에 의해 환원될 수 있다. 즉, 상기 혼합된 아미노페놀의 양이 많을수록 상기 비색 센서 시스템 내의 금속 이온의 양이 감소하고 금속 나노 입자의 수 또는 크기가 증가할 수 있으나, 상기 아미노페놀의 농도가 100 μM 초과일 경우 모든 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원될 수 있다. 즉, 본원에 따른 비색 센서 시스템을 포함하는 유해 물질의 검출 방법은, 샘플 내의 아미노페놀의 농도가 100 μM 이하인 경우에 아미노페놀의 농도를 시각적으로 확인할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀은, 알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 단계, 및 상기 알칼리 포스파타제에 의해 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 변환되는 단계를 포함하는 단계에 의해 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 유해 물질은 알칼리 포스파타제를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 아미노페놀은 아닐린이 신체 내에서 대사되거나, 아세트아미노펜의 조제 과정에서 발생한다. 그러나, 아미노페놀 포스페이트가, 체액 내의 알칼리 포스파타제 효소와 반응하면 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀이 될 수 있고, 상기 아미노페놀은 상기 금속 이온을 환원시킬 수 있다. 즉, 상기 비색 센서 시스템이 금속 이온, 표면에 계면활성제가 형성된 금속 나노 입자, 및 아미노페놀 포스페이트를 포함하고, 상기 비색 센서 시스템 및 유해물질인 알칼리 포스파타제를 혼합할 경우, 알칼리 포스파타제에 의해 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 환원되고, 상기 아미노페놀은 상기 금속 이온을 환원시킨다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도는 0 U/L 초과 300 U/L 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 유해 물질의 검출 방법을 통해 검출할 수 있는, 상기 알칼리 포스파타제의 검출 한계는 0.24 U/L 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원에 따른 검출 한계(Limit of detection)는 검체 중에 존재하는 분석 대상물질의 검출 가능한 최소량 또는 최소농도를 의미한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템은 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 색이 변화할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 상기 아미노페놀의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 알칼리 포스파타제는 아미노페놀 포스페이트를 환원시키는 효소로서, 유해 물질 내의 알칼리 포스파타제의 농도가 높을수록 아미노페놀 포스페이트의 환원량 및 환원 속도가 향상되고, 상기 아미노페놀 포스페이트의 환원량 및 환원 속도가 향상되면 아미노페놀의 생성량 및 생성 속도가 증가한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 아미노페놀의 농도에 따라 상기 금속 나노 입자의 농도가 증가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이와 관련하여, 아미노페놀의 농도가 100 μM 인 경우 또는 알칼리 포스파타제의 농도가 300 U/L 인 경우 이미 대부분의 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원되었기 때문에, 상기 아미노페놀의 농도가 100 μM 를 초과하거나 또는 상기 알칼리 포스파타제의 농도가 300 U/L 를 초과할 경우 상기 비색 센서 시스템에서 색 변화가 관찰되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 비색 센서 시스템의 색을 통해, 상기 유해 물질의 농도를 측정할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
후술하겠지만, 상기 비색 센서 시스템은 기본적으로 투명한 노란색이되, 아미노페놀 또는 알칼리 포스파타제에 의해 진노란색으로 변화할 수 있다. 이러한 색 변화를 통해, 상기 유해 물질의 검출 방법은 유해 물질의 농도를 색 등으로 확인할 수 있다.
본원의 제 3 측면은, 상기 제 1 측면에 따른 비색 센서용 시스템을 포함하는, 비색 센서를 제공한다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[실시예 1] : 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템
1 mM 농도의 제미니 비이온성 계면 활성제 GFEO 수용액 3 mL및 1 mM 농도의 AgNO3 수용액 50 mL 에 첨가하였다. 이어서, 10 mM 농도의 CTAB 수용액 10 ml 를 첨가하고, 5 분 동안 교반한 후, 35% 농도의 과산화수소수 용액 120 μL 을 상기 용액에 첨가하였다. 이어서, 30 분 동안 추가로 연속 교반하면서, 0.1 mM 농도의 NaBH4 330μL를 첨가하여, 아미노페놀을 검출하기 위한 비색 센서 시스템인 용액을 형성하였다. 이 때, 상기 용액은 무색에서 희미한 노란색으로 변화하였다.
이어서, 상기 용액 900 μL 및 다양한 농도의 100 μL 의 아미노페놀 용액을 혼합하였다.
도 4 은 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 4 를 참조하면, 상기 과산화수소수 및 NaBH4 에 의해 환원되지 않은 Ag+ 이온은, 상기 용액에 첨가될 아미노페놀에 의해 환원되어, 기존재하는 금속 나노 입자의 크기를 크게 하거나 또는 새로운 금속 나노 입자를 형성하여 용액 내의 금속 나노 입자의 농도를 높일 수 있다.
[실시예 2] : 알칼리 포스파타제를 검출하기 위한 비색 센서 시스템
pH 가 9.5 이고, 10 mM 의 농도를 갖는 Tris-base 용액에, 다양한 농도를 갖는 알칼리 포스파타제 50 μL 및 3 mM 의 아미노페놀 포스페이트 50 μL 를 혼합한 용액을 준비하였다.
이어서, 실시예 1 의 비색 센서 시스템 용액을, 상기 알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 포함하는 용액과 혼합하였다.
도 5 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 모식도이다.
도 5 를 참조하면, 상기 실시예 1 의 비색 센서 시스템 및 상기 실시예 2 의 비색 센서 시스템은 공통적으로 아미노페놀에 의해 금속 이온이 금속 나노 입자로 환원되는 것을 이용한다.
이와 관련하여, 상기 실시예 2 는 비색 센서 시스템 용액, 알칼리 포스파타제, 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 것이다. 즉, 상기 실시예 1 는 비색 센서 시스템 용액과 양산된 아미노페놀을 혼합하는 반면, 상기 실시예 2 는 비색 센서 시스템 용액을, 반응의 산물인 아미노페놀과 혼합하여 상기 실시예 1 보다 변색 반응이 비교적 늦게 발현될 수 있다.
[비교예 1]
상기 실시예 2 의 과정과 동일하되, 비색 센서 시스템 용액을 제조할 때 GFEO 용액을 첨가하지 않았다.
[비교예 2]
상기 실시예 2 의 과정과 동일하되, 비색 센서 시스템 용액을 제조할 때 CTAB 용액을 첨가하지 않았다.
[실험예 1]
도 6 의 (a) 및 도 6 의 (b) 는 각각 상기 비교예 1 에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이고, 도 7 의 (a) 및 도 7 의 (b) 는 상기 비교예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 SEM 이미지 및 UV-vis 스펙트럼이며, 도 8의 (a) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 TEM 이미지이고, 도 8 의 (b) 는 상기 비색 센서 시스템에 유해 물질을 첨가했을 때의 TEM 이미지이다.
도 6 내지 도 8 을 참조하면, CTAB 또는 GFEO 중 어느 하나만을 사용하였을 경우 (비교예 1 및 2), 불규칙하고 다양한 크기 분포를 갖는 은 나노 입자가 형성되나, CTAB 및 GFEO 를 동시에 사용할 경우 (실시예 2) 작은 은 나노 입자가 형성되었다가, 아미노페놀에 의해 큰 은 나노 입자가 형성됨을 확인할 수 있다.
[실험예 2]
도 9 의 (a) 는 상기 실시예 1 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 9 의 (b) 및 (c) 는 각각 407 nm 및 520 nm 에서의 농도와 흡광도에 대한 그래프이고, 도 9 의 (d) 는 아미노페놀의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화로서, 아미노페놀의 농도는 오른쪽에서부터 0 μM, 0.01 μM, 0.025 μM, 0.05 μM, 0.1 μM, 0.25 μM, 0.5 μM, 1 μM, 2.5 μM, 5 μM, 7.5 μM, 10 μM, 15 μM, 20 μM, 25 μM, 30 μM, 40 μM, 50 μM, 60 μM, 75 μM 및 85 μM 이다.
도 9 를 참조하면, 상기 실시예 1 에 따른 비색 센서 시스템은 아미노페놀의 농도가 높을수록 407 nm 부근의 빛이 강해짐을 확인할 수 있다.
도 10 의 (a) 는 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, (b) 및 (c) 는 각각 특정 파장에서의 유해 물질의 농도와 흡광도에 대한 그래프이며, (d) 는 유해 물질의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화를 나타낸 사진이다. 구체적으로, 도 10 의 (b) 및 (c) 는 각각 407 nm 및 520 nm 에서의 농도와 흡광도에 대한 그래프이고, 도 10 의 (d) 는 알칼리 포스파타제의 농도에 따른 비색 센서 시스템의 색 변화로서, 알칼리 포스파타제의 농도는 오른쪽에서부터 0 U/L, 0.5 U/L, 1.25 U/L, 2.5 U/L, 5 U/L, 7.5 U/L, 12.5 U/L, 17.5 U/L, 25 U/L, 30 U/L, 37.5 U/L, 50 U/L, 62.5 U/L, 75 U/L, 100 U/L, 125 U/L, 150 U/L, 175 U/L, 200 U/L, 및 225 U/L 이다.
도 10 을 참조하면, 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템은 알칼리 포스파타제의 농도가 높을수록 407 nm 부근의 빛이 강해짐을 확인할 수 있다.
[실험예 3]
도 11 은 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템에 대한 그래프이다. 구체적으로, 도 11 의 (a) 는 아미노페놀 포스페이트의 농도와 관련한 그래프이고, (b) 는 비색 센서 시스템의 pH 에 관련한 그래프이며, (c) 는 시간과 관련한 그래프이다.
도 11 을 참조하면, 아미노페놀 포스페이트 용액의 농도가 2 mM 까지는 흡광도가 증가하나, 아미노페놀 포스페이트 용액의 농도가 2 mM 을 초과하면 흡광도 면에서 큰 차이가 발생하지 않는다. 또한, 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템은 pH 가 9.5 인 조건에서 가장 높은 흡광도를 보임을 확인할 수 있다. 또한, 알칼리 포스파타제, 아미노페놀 포스페이트, 및 Ag 이온의 반응은 혼합 후 10 분 후까지는 활발하게 이루어지고, 약 40분이 지나면 반응이 거의 완료됨을 확인할 수 있다.
즉, 도 11 을 통해, 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템은, 알칼리 포스파타제의 농도가 2 mM 이상이고, pH 가 9.5 이며, 혼합 후 40 분 후이 지난 조건에서 흡광도가 가장 높게 측정됨을 확인할 수 있다.
[실험예 4]
도 12 및 도 13 의 (a) 및 (b) 는 본원의 일 실시예에 따른 비색 센서 시스템의 유해 물질 선택성을 나타내는 그래프 및 사진이다.
도 12 를 참조하면, 상기 실시예 1 의 비색 센서 시스템은 Na+, K+, Mn2+, Ca2+, Cu2+, Mg2+, Al3+, Fe3+, CO3 -, F-, PO4 2-, SO4 2-, Pb2+, 나이트레이트(nitrate), 아세테이트(acetate), 석시네이트(succinate), 아닐린(aniline), 니트로벤젠(nitro benzene), 페놀(phenol) 등에는 거의 반응하지 않음을 확인할 수 있다.
이 때, 다른 물질들과 달리, NP(nitrophenol) 는 407 nm 의 빛에 대한 흡광도가 높은 것으로 확인되나, 520 nm 대역에서 숄더 픽을 유발하지 않는다. 즉, 상기 비색 센서 시스템을 통해 아미노 페놀의 농도를 선택적으로 분석할 수 있다.
도 13 을 참조하면, 상기 실시예 2 의 비색 센서 시스템은, BSA, GOX, MMPg, IpG, Thr, 펜실린(pencillin), Try 등의 생체 분자(biomolecule)에는 반응하지 않고, 오직 ALP 를 포함할 때만 반응함을 확인할 수 있다.
[실험예 5]
도 14 의 (a) 및 (b) 는 상기 실시예 1 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이고, 도 15 의 (a) 는 상기 실시예 2 에 따른 비색 센서 시스템의 UV-vis 스펙트럼이며, 도 15 의 (b) 는 알칼리 포스파타제의 농도에 대한 흡광도 변화를 선형으로 표현한 것이다. 구체적으로, 도 14 의 (a) 는 소변 속의 아미노페놀의 농도를 조절한 것이고, (b) 는 파나돌(Panadol) 약물의 아미노페놀의 농도를 조절한 것이고, 도 15 의 (a) 는 10% 희석된 인간 혈청 용액을 사용한 것이다.
도 14 및 도 15 를 참조하면, 유해 물질인 아미노페놀(실시예 1) 또는 알칼리 포스파타제(실시예 2)의 농도가 높을수록 흡광도가 높아짐을 확인할 수 있다.
도 14 의 경우, 약 540 nm 인근에서는 농도에 따라 흡광도가 증가한 후 감소하고 있으나, 이는 아미노페놀에서 선택적으로 나타나는 숄더 픽으로서, 센터의 선택성을 향상시키는 것을 의미한다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 금속 이온;
    아미노페놀 포스페이트; 및
    계면활성제가 결합된 금속 나노 입자;
    를 포함하고,
    상기 금속 이온이 유해 물질에 의해 상기 금속 나노 입자로 환원되며,
    상기 유해 물질의양에 따라 상기 금속 이온의 환원되는 양이 조절되어 색이 변환되고,
    상기 유해 물질은 아미노페놀 또는 알칼리 포스파타제를 포함하고,
    상기 유해 물질이 알칼리 포스파타제일 경우 상기 알칼리 포스파타제에 의해 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 환원되고,
    상기 계면 활성제는 하기 화학식 1 에 따른 제미니 계면활성제 및 CTAB를 포함하는 것인,
    비색 센서 시스템:
    [화학식 1]
    .
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비색 센서 시스템은, 상기 금속 나노 입자의 농도 또는 크기에 따라 색이 변화하는 것인, 비색 센서 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 이온 및 상기 금속 나노 입자는 각각 독립적으로 Ag, Au, Cu, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V, Ti, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함하는 것인, 비색 센서 시스템.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 비색 센서 시스템을 사용한 유해 물질의 검출 방법에 있어서,
    금속 이온, 계면활성제, 아미노페놀 포스페이트, 및 환원제를 혼합하여, 금속 이온, 금속 나노 입자, 및 상기 금속 나노 입자의 표면에 형성된 계면활성제를 포함하는 비색 센서 시스템을 형성하는 단계;
    상기 비색 센서 시스템 및 유해 물질을 혼합하는 단계; 및
    상기 유해 물질에 의해 상기 금속 이온이 상기 금속 나노 입자로 환원됨으로써, 상기 비색 센서 시스템의 색이 변화하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 유해 물질은 아미노페놀 또는 알칼리 포스파타제를 포함하고,
    상기 유해 물질이 알칼리 포스파타제일 경우 알칼리 포스파타제 및 아미노페놀 포스페이트를 혼합하는 단계 및 상기 알칼리 포스파타제에 의해 상기 아미노페놀 포스페이트가 아미노페놀로 변환되는 단계;를 포함하는 단계에 의해 아미노페놀이 형성되는 것이고,
    상기 계면 활성제는 하기 화학식 1 에 따른 제미니 계면활성제 및 CTAB를 포함하는 것인,
    유해 물질의 검출 방법:
    [화학식 1]

  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 비색 센서 시스템의 색을 통해, 상기 유해 물질의 농도를 측정할 수 있는 것인, 유해 물질의 검출 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 유해 물질의 농도는 0 μM 초과 100 μM 이하인, 유해 물질의 검출 방법.
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 비색 센서 시스템은 상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 색이 변화하는 것인, 유해 물질의 검출 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 알칼리 포스파타제의 농도에 따라 상기 아미노페놀의 농도가 증가하고,
    상기 아미노페놀의 농도에 따라 상기 금속 나노 입자의 농도가 증가하는 것인, 유해 물질의 검출방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 알칼리 포스파타제의 농도는 0 U/L 초과 300 U/L 이하인, 유해 물질의 검출 방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 환원제는 NaBH4, H2O2, 탄닌산(tannic acid), NaOH, KOH, N2H4, Na2HPO4, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), 테트라부틸암모늄(tetrabutyl ammonium), LiBH4, 및 이들의 조합들로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함하는 것인, 유해 물질의 검출 방법.
  17. 제 1 항, 제 2 항, 및 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 비색 센서 시스템을 포함하는, 비색 센서.
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