구리 나노입자가 미세패턴된 플렉스블 탄소나노튜브 필름을 이용한 글루코즈의 전기화학적 검출

Abstract

당뇨병 관리로 정기적인 혈중 글루코오스 농도 감지가 자가진단에 주목받게 된 이래로, 소형의 저가인 바이오센서가 개발되었고, 분광시스템은 밀려나게 되었다. 뿐만 아니라 실리콘 웨이퍼 상에 박막전극을 증착하고 합성된 효소를 고정화하는 방법은 제작이 용이하고, 대량생산이 가능하며, 비교적 저렴한 비용으로 바이오센서 제작이 가능할 뿐만 아니라 생체 신호를 전기적으로 빠르게 변환할 수 있기 때문에 신속 정확하고 안정적인 감도를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 생물학적 감지물질의 안정성과 고정화 방법 등이 바이오센서 기술의 과제로 남아있다. 효소 단분자 간의 자기 조립과 구조적 변화 때문에 변성이 일어나 효소의 활성을 저하시켜 감도를 떨어뜨리게 된다. 글루코오스를 전기화학적으로 검출할 때는 노출된 전극의 낮은 감도 및 재현성, 낮은 안정성 등과 같은 많은 검출한계를 가진다. 그러나, 산화-환원 활성 물질로 나노입자를 이용하게 되면 전기화학 센서의 개발에 많은 이점을 제공한다. 최근에, 금속 나노입자는 전자, 촉매, 센서, 그리고 광학 등에 다양하게 응용되어 사용된다. 그 중 구리 나노입자(Cu NPs)는 바이오센서와 화학 센서에 대한 훌륭한 전기촉매 활동을 보인다. 유리질 탄소, 금, 그리고 ITO와 같은 전통적인 전극은, 가장 일반적으로 사용되지만 센서의 설계에 제한적이고, 고비용이 필요하여 제작하기 어렵다. 반대로, 탄소 나노튜브(CNTs)는 뛰어난 전기적, 기계적, 열적, 광학적 성질을 갖고 있기 때문에 전극 재로로 가장 주목받고 있다. CNT의 우수한 광학 투명도와 전기전도도를 바탕으로 한 필름 형태의 CNT는 전자, 촉매, 그리고 센서 등 많은 분야에 응용된다. 나노입자/탄소 나노튜브 혼합장치의 제작과 유용성을 평가하기 위하여 센서 장치의 재현성을 높이고, CNT 필름에 정의된 위치에 나노 구조를 제작하는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 당뇨병의 지표물질인 글루코오스의 농도를 정량 할 수 있는 방법을 개발하기 위해 미세패턴 된 유연한 탄소나노튜브 필름에 구리 나노입자를 증착 한 후 이 전극을 사용한 무효소 글루코오스 센서를 제작하였다. 전극은 탄소나노튜브 필름 위에 마이크로 크기의 전극을 standard photolithography 방법을 이용하여 패턴을 제작하였고, 전기화학적 방법으로 구리 나노입자를 증착하여 전기화학 전극을 개발하였다. 구리 나노입자/탄소 나노튜브의 전극을 기반으로 한 전기화학 글루코오스 센서는 넓은 범위의 글루코오스의 농도에서 농도에 따른 뛰어난 선형성을 보였으며, 특히 0.3V vs. Ag/AgCl에서 글루코오스 농도에 따른 높은 민감도와 빠른 응답시간의 특성을 보였다. 이러한 특성을 살펴봄으로써 글루코오스를 정량하는데 경제적이고, 신속하며, 신뢰성 높은 방법으로 센서로서의 가능성을 보였다.