KR100988889B1 - an electochemical biosenor using multilayer patterning and a fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

다층박막 패터닝을 이용한 전기화학 바이오센서 및 그것의 제조방법이 제공된다.An electrochemical biosensor using multilayer thin film patterning and a method of manufacturing the same are provided.

본 발명에 따른 다층박막 패터닝을 이용한 전기화학 바이오센서의 제조방법은 pH조건에 따라 표면 전하를 달리하는 효소를 이용하여 기판상에 다층박막을 적층시키며, 본 발명에 따른 다층박막 제조방법은 생물학적 활성을 감쇄시키지 않는 방식으로 다층박막을 제조할 수 있으므로, 특히 전기화학 바이오센서의 제조에 있어 매우 유용하다. 또한 본 발명에 따른 다층박막의 제조방법은 복잡한 리쏘그라피 공정 또는 고에너지를 소비하는 열처리법 등과 같은 비경제적 공정이 아닌, 경제적이고 단순한 방식으로 다층박막을 제조하므로 패턴된 다층박막이 요구되는 바이오센서의 대량생산에 적합하다.In the method of manufacturing an electrochemical biosensor using multilayer thin film patterning according to the present invention, a multilayer thin film is laminated on a substrate by using an enzyme that changes surface charge according to pH conditions, and the method of manufacturing a multilayer thin film according to the present invention is biologically active. Since the multilayer thin film can be produced in such a way that the attenuation is not attenuated, it is particularly useful in the manufacture of electrochemical biosensors. In addition, the method for manufacturing a multilayer thin film according to the present invention is a biosensor that requires a patterned multilayer thin film because the multilayer thin film is manufactured in an economical and simple manner, not an uneconomic process such as a complicated lithography process or a heat treatment method that consumes high energy. Suitable for mass production of

Description

다층박막 패터닝을 이용한 전기화학 바이오센서 및 그것의 제조방법{an electochemical biosenor using multilayer patterning and a fabrication method thereof}An electrochemical biosensor using multilayer patterning and a fabrication method

본 발명은 다층박막 패터닝을 이용한 전기화학 바이오센서 및 그것의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매우 경제적이고, 생물학적 활성을 유지시킬 수 있는 전기화학 바이오 센서 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical biosensor using multilayer thin film patterning and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrochemical biosensor capable of maintaining biological activity and a method of manufacturing the same.

LbL(Layer-by-Layer) 다층박막은 1990년대 초 독일 마인쯔 대학의 Decher 교수에 의해 소개된 이래로 많은 관심을 가지게 되었다.이러한 LbL 다층박막은 각각의 물질들간의 상호 인력 (정전기인력, 수소결합, 공유결합)을 통하여 박막을 결합, 흡착시키므로, 기판의 크기나 형태에 관계없이 높은 표면적을 구현할 수 있는 다층박막을 용이하게 구현할 수 있는 장점이 있다. 또한 박막의 두께를 수 나노미터에서 수백 나노미터까지 정확하게 조절할 수 있는 특징을 통해 초소수성 표면이나 전기전자 소자 또는 광학 소자 등의 다양한 분야에 적용시킬 수 있다. Layer-by-layer (LbL) multilayer films have been of great interest since they were introduced in the early 1990s by Professor Decher of the University of Mainz, Germany. These LbL multilayer films have attracted mutual attraction (electrostatic attraction, hydrogen bonding, Since the thin film is bonded and adsorbed through covalent bonding), there is an advantage in that a multilayer thin film that can realize a high surface area regardless of the size or shape of the substrate can be easily implemented. In addition, the thickness of the thin film can be precisely controlled from several nanometers to several hundred nanometers, so that it can be applied to various fields such as superhydrophobic surfaces, electrical and electronic devices, or optical devices.

특히, LbL 다층박막과 패터닝(patterning)을 결합시킨 다층 초박막 패터닝은 실제 응용소자로 제작하는데 있어서 필수 공정이므로 현재 많은 관련 연구가 활발 하게 진행되고 있다. 하지만, 지금까지 보고된 종래의 다층 초박막 패터닝 방법은 금 박막 등이 코팅된 표면 위에 소수성 물질인 티올(alkanethiol)류의 물질을 선택적으로 코팅하여 소수성 영역을 형성시킨 후, 다시 마이크로 컨택프린팅 (micro-contact printing (μ-CP))기법을 이용하여 친수성 영역에만 다층초박막을 선택적으로 성장시키는 방법이 많이 사용되어 왔다. In particular, since the multilayer ultra thin film patterning combining LbL multilayer thin film and patterning is an essential process for fabricating a practical application device, many related studies are being actively conducted. However, the conventional multi-layer ultra thin film patterning method reported so far selectively forms a hydrophobic region by selectively coating a hydrophobic material, such as a hydrophobic thiol (alkanethiol), on a surface coated with a gold thin film, and then micro-contact printing (micro-) A method of selectively growing a multilayer ultra thin film only in a hydrophilic region by using a contact printing (μ-CP) technique has been widely used.

그외에도 일반적인 포토리소그라피 (photo-lithography)와 리프트오프(lift-off) 방법을 이용하여 선택적인 영역에서 다층 초박막 패터닝을 형성하는 방법 등이 보고되고 있으며, 최근에는 MIT의 Hammond 그룹에서 다층박막 패턴을 하기 위해 올리고에틸렌산화물(oligoethyleneoxide)과 말레산 무수산(maleic anhydride)을 표면개질제로 사용하여 선택적으로 흡착시킨 후, 상기 표면개질제가 흡착되지 않은 영역에서만 폴리전해질(polyelectrolyte(PE)) 다층박막을 성장시키는 방법을 개시하고 있다.In addition, a method of forming multilayer ultra thin film patterning in a selective region by using general photo-lithography and lift-off methods has been reported. Recently, the multilayer thin film pattern of MIT's Hammond group has been reported. To selectively adsorb oligoethylene oxide and maleic anhydride as surface modifiers, a polyelectrolyte (PE) multilayer thin film is grown only in the region where the surface modifier is not adsorbed. The method of making is disclosed.

하지만 상술한 종래의 방법들은 모두 열처리, UV처리 또는 독성용매 등을 사용하므로, 효소(enzyme)와 같이 생물학적 활성을 갖는 물질(이하, 바이오물질)이 사용되는 다층박막 패터닝의 구현에는 부적합하다. 즉, 바이오물질을 이용한 다층 초박막 패터닝은 바이오물질에 직접적으로 물리적, 화학적 손상을 야기하지 않는 안정적인 공정이 요구되지만, 상술한 방법은 바이오물질의 생물학적 활성에 악영향을 끼칠 수 있는 공정을 필수적으로 포함하고 있기 때문에, 상술한 방법 중 어떠한 것도 바이오물질을 이용한 다층초박막 패터닝에는 적합하지 않다. However, the above-described conventional methods all use heat treatment, UV treatment, or toxic solvents, and thus are not suitable for the implementation of multilayer thin film patterning in which biologically active materials (hereinafter, biomaterials) such as enzymes are used. In other words, multi-layer ultra thin film patterning using biomaterials requires a stable process that does not directly cause physical and chemical damage to biomaterials. However, the above-described method essentially includes processes that may adversely affect the biological activity of biomaterials. Therefore, none of the above methods are suitable for multilayer ultra thin film patterning using biomaterials.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 생물학적 활성을 유지하면서도 우수한 특성을 갖는 다층 박막의 경제적인 제조방법을 제공하는 데 있다.Therefore, the first problem to be solved by the present invention is to provide an economical method for producing a multilayer thin film having excellent characteristics while maintaining biological activity.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 다층 박막 간에 우수한 결합력 및 생물학적 활성을 나타내는 다층 박막을 제공하는 데 있다.The second problem to be solved by the present invention is to provide a multilayer thin film exhibiting excellent binding force and biological activity between the multilayer thin film.

본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 박막 간에 우수한 결합력을 가지며, 우수한 생물학적 활성을 유지하는 다층 박막을 포함하는 바이오 센서를 제공하는 데 있다.The third problem to be solved by the present invention is to provide a biosensor having a multi-layered thin film having an excellent binding force between the thin films, maintaining a good biological activity.

상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 pH조건에 따라 표면 전하를 달리하는 효소를 이용하여 다층박막을 적층시키는 것을 특징으로 하는 전기화학 바이오센서의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 효소는 카탈라아제이며, 상기 전기화학 바이오센서의 제조방법은 (a) 제 1 전하로 대전된 기판상에 제 2 전하로 대전된 효소층을 적층시키는 단계; (b) 제 2 전하가 대전된 효소층 상에 제 1 전하로 대전된 제 1 박막을 선택적으로 적층시키는 단계를 포함한다. 더 나아가 상기 (b) 단계 이후 제 1 전하의 상기 제 1 박막 상에 제 2 전하의 제 2 박막을 적층하는 단계; (d) 노출된 상기 효소층의 표면 전하를 제 2 전하에서 제 1 전하로 변화시키는 단계; 및 (e) 제 2 전하의 상기 제 2 박막 상에 제 1 전하의 제 3 박막을 적층시키는 단계를 더 포함되는 전기화학 바이오센서의 제조방법을 제공 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 바이오센서의 제조방법은 (f) 상기(e) 단계 후 노출된 상기 효소층의 표면 전하를 제 1 전하에서 제 2 전하로 변화시키는 단계; 및 (g) 상기 제 1 전하의 제 3 박막 상에 제 2 전하의 제 4 박막을 적층시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 (c) 내지 (g) 단계를 반복하여 사용자가 원하는 수준의 복수의 다층박막을 상기 기판상에 적층할 수 있다. 여기에서, 상기 (b) 단계의 제 1 박막 적층은 마이크로콘택프린팅 법에 의하여 수행될 수 있고, 또한 상기 제 3 박막은 제 1 박막과, 제 4 박막은 제 2 박막과 동일하므로, 결국 기판상에 적층되는 다층박막은 제 1 박막과 제 2 박막이 교대로 반복되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 제 1 박막 또는 제 2 박막은 특정물질을 검출하기 위한 검출성분을 포함할 수 있으며, 제 1 박막은 폴리스티렌술포네이트(PSS) 또는 백금, 제 2 박막은 폴리알릴아민히드로클로라이드(PAH)를 포함할 수 있다. 또한 상기 카탈라아제층의 표면전하 변화는 상기 카탈라아제층의 pH조건을 변화시킴으로써 이루어질 수 있다.In order to solve the first problem, the present invention provides a method for manufacturing an electrochemical biosensor, characterized in that the multilayer thin film is laminated using an enzyme that changes the surface charge according to the pH conditions. In one embodiment of the present invention, the enzyme is catalase, and the method of manufacturing the electrochemical biosensor comprises: (a) stacking an enzyme layer charged with a second charge on a substrate charged with a first charge; (b) selectively depositing a first thin film charged with a first charge on the second charged charged enzyme layer. Further after the step (b), depositing a second thin film of second charge on the first thin film of first charge; (d) changing the surface charge of the exposed enzyme layer from a second charge to a first charge; And (e) stacking a third thin film of the first charge on the second thin film of the second charge. In addition, the method of manufacturing an electrochemical biosensor according to an embodiment of the present invention comprises the steps of: (f) changing the surface charge of the enzyme layer exposed after the step (e) from the first charge to the second charge; And (g) stacking a fourth thin film of a second charge on the third thin film of the first charge. In addition, by repeating steps (c) to (g), a plurality of multilayer thin films of a desired level can be stacked on the substrate. Here, the first thin film stacking in the step (b) may be performed by the microcontact printing method, and since the third thin film is the same as the first thin film and the fourth thin film is the same as the second thin film, the substrate on the substrate The multilayer thin film laminated on the may have a structure in which the first thin film and the second thin film are alternately repeated. In addition, the first thin film or the second thin film may include a detection component for detecting a specific material, the first thin film is polystyrenesulfonate (PSS) or platinum, the second thin film is polyallylamine hydrochloride (PAH) It may include. In addition, the surface charge change of the catalase layer can be made by changing the pH conditions of the catalase layer.

상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 의하여 전기화학 바이오센서를 제공하며, 본 발명에 따른 전기화학 바이오센서는 다층박막을 포함하며, 상기 다층박막은 기판; 및 상기 기판상에 적층된 다층 구조의 박막을 포함하는 구조로서, 이때 상기 기판은 효소층을 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 효소층은 카탈라아제층일 수 있다.In order to solve the second problem, the present invention provides an electrochemical biosensor by the above-described method, the electrochemical biosensor according to the present invention includes a multilayer thin film, the multilayer thin film is a substrate; And a thin film having a multilayer structure stacked on the substrate, wherein the substrate may include an enzyme layer, and in one embodiment of the present invention, the enzyme layer may be a catalase layer.

본 발명에 따른 전기화학 바이오센서의 제조방법은 생물학적 활성을 감쇄시 키지 않는 방식으로 다층박막 구조의 전기화학 바이오센서를 제조할 수 있으므로, 전기화학 바이오센서의 제조에 있어 매우 유용하다. 또한 본 발명에 따른 다층박막의 제조방법은 복잡한 리쏘그라피 공정 또는 고에너지를 소비하는 열처리법과 같은 비경제적 공정이 아닌, 경제적이고 단순한 방식으로 다층박막 형태의 전기화학 바이오센서를 제조하므로 패턴된 다층박막이 요구되는 전기화학 바이오센서의 대량생산에 적합하다. The manufacturing method of the electrochemical biosensor according to the present invention is very useful in the preparation of the electrochemical biosensor, since the electrochemical biosensor of the multilayer thin film structure can be manufactured in a manner that does not reduce the biological activity. In addition, the method for manufacturing a multilayer thin film according to the present invention is not an economical process such as a complicated lithography process or a heat treatment method that consumes high energy, and thus produces an electrochemical biosensor in the form of a multilayer thin film. It is suitable for mass production of this required electrochemical biosensor.

이하 도면 및 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 하지만 하기의 도면 및 실시예 등은 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것일 뿐, 하기의 기재에 따라 본 발명이 제한되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples. However, the following drawings and examples are only for illustrating the present invention in more detail, the present invention is not limited according to the following description.

상술한 바와 같이 본 발명은 pH 조건에 따라 제 1 전하 또는 상기 제 1 전하와 반대되며 제 2 전하를 가변적으로 가질 수 있는 효소를 이용하여 전기화학 바이오 센서를 제조한다. 일반적으로 효소는 반응물질 외에 미량의 촉매로서 반응속도를 증가시키는 역할을 하는 단백질이고, 내부 작용기로 아민기와 카르복시산기를 갖는다. 특히 본 발명자는 아민기와 카르복시산기를 포함하는 효소가 pH조건에 따라 아민기에 의한 양전하 또는 카르복시산에 의한 음전하를 가질 수 있고, 이와 같이 pH조건에 따라 가변적인 표면 전하를 갖는 효소는 적층되는 박막에 대하여 인력 또는 척력을 유발할 수 있으며, 이에 따라 효과적인 다층박막의 패터닝이 가능하며, 더 나아가 향상된 전기화학적 활성이 가능하다는 놀라운 사실에 착안하여 본 발명에 이르게 되었다. 여기에서 패터닝이란 기판상에 패턴된 구조의 다층박막을 선택적으로 적층하는 것을 의미한다. As described above, the present invention manufactures an electrochemical biosensor using an enzyme capable of varying the first charge or the first charge and having a second charge depending on pH conditions. In general, the enzyme is a protein that serves to increase the reaction rate as a trace catalyst in addition to the reactant, and has an amine group and a carboxylic acid group as internal functional groups. In particular, the inventors of the present invention may have an enzyme including an amine group and a carboxylic acid group may have a positive charge due to an amine group or a negative charge due to a carboxylic acid according to pH conditions. Or it can lead to the repulsive force, according to the surprising fact that it is possible to pattern the effective multi-layer thin film, further improved electrochemical activity has led to the present invention. Here, patterning means selectively stacking a multilayer thin film having a patterned structure on a substrate.

더 나아가 본 발명의 일 실시예에서 효소의 일 예로 과산화수소가 분해되어 물과 산소가 만들어지는 반응을 촉매하는 효소인 카탈라아제를 이용하여 본 발명에 따라 패터닝된 다층박막이 우수한 전기화학적 활성을 갖는다는 사실을 증명하였는데, 상술한 바와 같이 카탈라아제는 효소의 일 예일 뿐 pH 조건에 따라 양전하 또는 음전하를 가질 수 있으며, 특정 반응을 촉진시킬 수 있는 임의의 모든 효소도 본 발명의 범위에 속한다.Furthermore, in one embodiment of the present invention, the multilayer thin film patterned according to the present invention by using catalase, an enzyme that catalyzes a reaction in which hydrogen peroxide is decomposed to form water and oxygen, has an excellent electrochemical activity. As described above, catalase is only one example of an enzyme and may have a positive charge or a negative charge depending on pH conditions, and any enzyme capable of promoting a specific reaction is included in the scope of the present invention.

이와 같이 효소를 이용한 본 발명의 다층박막은 보다 생체-친화적인 방식으로 제조되므로, 생물학적 활성을 감쇄시키는 화학물질이나, 고온의 열처리 공정 등을 이용하는 종래의 기술에 비하여 높은 생물학적 활성을 유지할 수 있고, 또한 향상된 전기화학적 특성을 가질 수 있다. 또한 상기 효소는 다층박막의 선택적 패터닝을 가능하게 할 뿐만 아니라, 대상 물질에 따라 특정 물질을 검출하는 검출 물질로서도 사용될 수 있는 장점이 있는데, 그 일 예로 본 발명의 일 실시예의 카탈라아제는 과산화수소를 검출하는 데 사용될 수 있다.As described above, since the multilayer thin film of the present invention using an enzyme is manufactured in a more bio-friendly manner, the biological thin film of the present invention can maintain a high biological activity as compared with a conventional technique using a chemical substance that attenuates biological activity, a high temperature heat treatment process, or the like. It may also have improved electrochemical properties. In addition, the enzyme not only enables the selective patterning of the multilayer thin film, but also has an advantage that it can be used as a detection material for detecting a specific material according to the target material. For example, the catalase of one embodiment of the present invention detects hydrogen peroxide. Can be used.

이하 도면을 이용하여 본 발명에 따른 다층박막을 이용한 전기화학 바이오 센서의 제조방법을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing an electrochemical biosensor using a multilayer thin film according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막의 제조방법을 나타내는 단계도이다.1A and 1B are steps illustrating a method of manufacturing a multilayer thin film according to an embodiment of the present invention.

도 1a를 참조하면, 먼저 제 1 전하로서 음이온이 대전된 기판(100)상에 제 2 전하인 양이온이 대전된 효소인 카탈라아제층(110)이 적층된다. 여기에서, 상기 카 탈아아제는 상술한 바와 같이 pH조건에 따라 표면 전하를 달리하므로 본 발명의 일 실시예에서는 5.6 이하인 pH조건을 이용, 상기 카탈라아제층(110)의 표면을 양이온으로 대전시킨다. 이와 같이 pH 조건에 따라 음이온 또는 양이온을 가질 수 있는 어떠한 효소도 본 발명에 따른 다층박막 제조방법에 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. Referring to FIG. 1A, first, a catalase layer 110, which is an enzyme charged with a cation as a second charge, is stacked on a substrate 100 charged with an anion as a first charge. Here, since the catalase varies the surface charge according to the pH conditions as described above, in one embodiment of the present invention, the surface of the catalase layer 110 is charged with a cation using a pH condition of 5.6 or less. As such, any enzyme capable of having an anion or a cation depending on pH conditions may be used in the method for preparing a multilayer thin film according to the present invention, which is within the scope of the present invention.

양이온의 표면 전하를 갖는 카탈라아제층(110)은 전기적 인력에 의하여 음이온의 기판(100)상에 적층된다. 제 1 및 제 2 전하가 상호 인력을 발생시키는 경우라면 필요에 따라 제 1 전하를 양이온, 제 2 전하를 음이온으로 변경하여 사용하여도 무방하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다. The catalase layer 110 having the surface charge of the cation is deposited on the substrate 100 of the anion by electrical attraction. As long as the first and second charges generate mutual attraction, the first charge may be changed to a cation and a second charge to an anion as necessary, which is also within the scope of the present invention.

도 1b를 참조하면, 상기 양이온의 표면전하를 가지는 카탈라아제층(110) 상에 제 1 전하인 음이온을 표면 전하로 갖는 제 1 박막(120)이 적층된다. 상기 제 1 박막(120)의 적층 또한 상술한 바와 같이 제 2 전하의 카탈라아제층(110)과 제 1 박막(120)간의 정전기적인 인력에 의하여 수행될 수 있으며, 패턴된 구조의 다층박막을 형성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 마이크로콘택프린팅법에 의하여 상기 제 1 박막(120)이 적층되었다. 하지만, 패턴된 박막을 적층시킬 수 있는한 당업계에서 사용되는 어떠한 공정도 사용될 수 있으며, 마이크로콘택프린팅법에 의하여 본 발명이 한정되지는 않는다. 이로써, 기판(100), 상기 기판(100)상에 적층된 카탈라아제층(110) 및 상기 카탈라아제층(110) 상에 적층된 제 1 박막(120)을 포함하는 구조가 완성된다. 더 나아가 본 발명의 또 다른 일 실시예는 상기 제 1 박막상에 순차적으로 또 다른 박막이 적층된 구조의 패터닝된 다층박막을 제조하기 위 한 방법을 제공하는데 이는 하기 도면을 통하여 보다 상세히 설명된다.Referring to FIG. 1B, a first thin film 120 having a surface charge of an anion, which is a first charge, is stacked on a catalase layer 110 having a surface charge of the cation. The stacking of the first thin film 120 may also be performed by the electrostatic attraction between the catalase layer 110 of the second charge and the first thin film 120 as described above, and to form a multilayer thin film having a patterned structure. To this end, in the embodiment of the present invention, the first thin film 120 is laminated by microcontact printing. However, any process used in the art can be used as long as the patterned thin film can be laminated, and the present invention is not limited by the microcontact printing method. As a result, the structure including the substrate 100, the catalase layer 110 stacked on the substrate 100, and the first thin film 120 stacked on the catalase layer 110 is completed. Furthermore, another embodiment of the present invention provides a method for manufacturing a patterned multilayer thin film having a structure in which another thin film is sequentially stacked on the first thin film, which will be described in more detail with reference to the following drawings.

도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 바이오센서의 제조방법을 도시한 단계도이다.2A to 2D are step diagrams illustrating a method of manufacturing an electrochemical biosensor according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 도 1b에서 도시한 바와 같이 기판(200), 카탈라아제층(210) 및 제 1 박막(220)으로 이루어진 구조상에 제 2 전하인 양이온의 제 2 박막(230)이 적층된다. 이때 적층되는 상기 제 2 박막(230)은 동일한 양이온의 표면전하를 가지는 카탈라아제층(210)과는 정전기적인 반발을 하게 되므로, 별도의 패터닝 공정없이도 카탈라아제층(210)상에는 적층되지 않고, 음이온의 표면전하를 가지는 제 1 박막(220)에만 정전기적 인력에 의하여 선택적으로 적층된다. Referring to FIG. 2A, as shown in FIG. 1B, the second thin film 230 of the cation, which is the second charge, is stacked on the structure consisting of the substrate 200, the catalase layer 210, and the first thin film 220. In this case, the second thin film 230 to be laminated is electrostatically repelled with the catalase layer 210 having the surface charge of the same cation, and thus is not laminated on the catalase layer 210 without a separate patterning process, and thus the surface of the anion. Only the first thin film 220 having the charge is selectively stacked by the electrostatic attraction.

이후 상기 카탈라아제층(210)의 표면전하를 제 2 전하인 양이온이 아닌, 제 1 전하인 음이온으로 변화시키는 단계가 진행된다(도 2b 참조). 이때 상기 카탈라아제층(210)의 표면전화 변화는 상술한 바와 같이 상기 카탈라아제층을 상이한 pH조건에 둠으로써 진행되며, 본 발명의 일 실시예에서는 pH가 5.6 이상인 9의 용액에 카탈라아제층을 침지(담지)시킴으로써 카탈라아제층의 표면전화를 음이온으로 변화시켰다. 하지만, 카탈라아제층의 표면전하를 변화시키는 한 또 다른 조건의 pH범위의 선택이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.Thereafter, the step of changing the surface charge of the catalase layer 210 to the anion of the first charge instead of the cation of the second charge is performed (see FIG. 2B). In this case, the surface conversion change of the catalase layer 210 proceeds by placing the catalase layer in different pH conditions as described above. In one embodiment of the present invention, the catalase layer is immersed in a solution of 9 having a pH of 5.6 or more (supported). The surface conversion of the catalase layer was changed to anion by However, as long as the surface charge of the catalase layer is changed, it is possible to select a pH range under another condition, which is also within the scope of the present invention.

도 2c를 참조하면, 상기 제 2 박막(230) 상에 음이온의 표면전하를 가지는 제 3 박막(240)이 다시 적층되는데, 상술한 바와 같이 음이온의 제 3 박막(240)과 동일한 음이온의 카탈라아제층(210)간에는 정전기적인 반발이 발생하므로, 상기 제 3 박막(240)은 특별한 패터닝 공정 없이도, 상기 제 2 박막(230) 상에만 선택적으 로 적층될 수 있다. 즉, 별도의 열처리나 노광공정 없이도 생물학적 활성을 유지할 수 있는 pH 조건에서 상기 카탈라아제층의 표면전하를 변화시킴으로써, 간단히 다층구조의 패터닝된 박막을 제조할 수 있는 장점이 있다. Referring to FIG. 2C, the third thin film 240 having the surface charge of the anion is stacked again on the second thin film 230. As described above, the catalase layer of the same anion as the third thin film 240 of the anion is formed. Since the electrostatic repulsion occurs between the 210, the third thin film 240 may be selectively stacked only on the second thin film 230 without a special patterning process. That is, by changing the surface charge of the catalase layer at a pH condition that can maintain biological activity even without a separate heat treatment or exposure process, there is an advantage that can simply produce a patterned thin film of a multi-layer structure.

이후 상기 카탈라아제층(210)을 양이온으로 변화시킨 후, 상기 음이온의 제 3 박막(240) 상에 양이온의 제 4 박막(250)을 더 적층할 수 있다(도 2d 참조). 이러한 방식으로 원하는 층수의 다층박막을 별도의 패터닝 공정없이 상대적으로 단순히 제조할 수 있으며, 더 나아가 본 발명의 일 실시예에서 적층되는 제 3 박막 및 제 4 박막을 제 1 및 제 2 박막과 동일한 종류의 박막으로 하며, 그 결과 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막은 제 1 및 제 2 박막이 반복되는 구조이다.After the catalase layer 210 is changed to a cation, a fourth thin film 250 of the cation may be further stacked on the third thin film 240 of the anion (see FIG. 2D). In this manner, the multilayer thin film having a desired number of layers can be relatively simply manufactured without a separate patterning process, and furthermore, the third thin film and the fourth thin film laminated in one embodiment of the present invention are the same kind as the first and second thin films. As a result, the multilayer thin film according to an embodiment of the present invention has a structure in which the first and second thin films are repeated.

더 나아가, 본 발명에 따른 다층박막 제조방법은 다층박막을 이루는 상기 제 1 또는 제 2 박막은 특정 물질을 검출하기 위한 검출성분을 포함할 수 있다. 이러한 검출 성분으로서 본 발명의 일 실시예에서는 유독한 NOx를 검출하기 위한 백금을 상기 제 1 박막 물질로 사용하였으나, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 사용자가 원하는 검출대상 물질에 따라 상이한 검출성분이 사용될 수 있다. 특히 본 발명에 따른 다층박막 패터닝 공정은 생물학적 활성을 감소시키지 않으므로, 생물학적 검출성분(예를 들면 또 다른 효소 등)을 포함하는 박막이 사용될 수 있는 장점을 갖는다. Furthermore, in the method of manufacturing a multilayer thin film according to the present invention, the first or second thin film constituting the multilayer thin film may include a detection component for detecting a specific substance. In one embodiment of the present invention as such a detection component, platinum for detecting toxic NOx is used as the first thin film material. However, the present invention is not limited thereto, and different detection components may be used according to a material to be detected by a user. Can be. In particular, since the multilayer thin film patterning process according to the present invention does not reduce biological activity, a thin film containing a biological detection component (eg, another enzyme, etc.) can be used.

상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 상술한 방법에 따라 제조된 다층박막을 제공하며, 상기 다층 박막은 기판; 및 상기 기판상에 적층된 다층 구조의 박막을 포함하며, 상기 기판은 효소층을 포함하며, 상기 효소층은 카탈라아 제를 포함할 수 있다.In order to solve the second problem, the present invention provides a multilayer thin film manufactured according to the above-described method, the multilayer thin film is a substrate; And a thin film having a multilayer structure stacked on the substrate, wherein the substrate includes an enzyme layer, and the enzyme layer may include a catalase.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다층박막은 카탈라아제층과 같은 효소의 표면전하 변화에 따라 선택적으로 적층된 다층의 박막구조를 가지므로, 효소의 생물학적 활성을 안정적으로 유지할 수 있고, 더 나아가 효소의 촉매 반응을 통하여 센서의 전기화학적 반응을 더욱 향상시킬 수 있다.As described above, since the multilayer thin film according to the present invention has a multilayer thin film structure selectively stacked according to the surface charge change of an enzyme such as a catalase layer, the biological activity of the enzyme can be stably maintained, and further, the enzyme The catalytic reaction can further enhance the electrochemical reaction of the sensor.

상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기 다층박막을 포함하는 바이오센서를 제공하는데, 상기 바이오센서는 기판; 및 상기 기판상에 적층된 다층 구조의 박막을 포함하며, 상기 기판은 효소층을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명에 따라 제조된 바이오센서는 생물학적 활성을 충분히 유지할 수 있는 다층박막 구조를 포함하므로, 그 적용범위가 매우 넓다. 하지만, 본 발명은 상기 바이오센서에 제한되지 않으며, 본 발명에 따라 제조된 다층박막은 적용가능한 모든 소자에 사용될 수 있고, 이는 본 발명의 범위에 속한다.The present invention provides a biosensor comprising the multilayer thin film to solve the third problem, the biosensor is a substrate; And a thin film having a multilayer structure stacked on the substrate, wherein the substrate may include an enzyme layer. As described above, the biosensor manufactured according to the present invention includes a multilayer thin film structure capable of sufficiently maintaining biological activity, and thus its application range is very wide. However, the present invention is not limited to the biosensor, and the multilayer thin film prepared according to the present invention can be used in all applicable devices, which is within the scope of the present invention.

이하 실시예 및 실험예 등을 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples.

실시예Example 1 One

음전하(-)의 폴리스티렌술포네이트(polystyrenesulfonate, PSS) (Mw = 70,000), 양전하(+)의 폴리아릴아민하이드로클로라이드(polyallylamine hydrochloride, PAH) (Mw = 70,000) 및 카탈라아제(catalase,Bovine Liver, Aldrich사)를 이용하여 다층박막을 하기와 같이 기판상에 패터닝하였다. Negatively charged polystyrenesulfonate (PSS) (M w = 70,000), positively charged polyallylamine hydrochloride (PAH) (M w = 70,000) and catalase (Bovine Liver, Aldrich) was used to pattern the multilayer thin film on the substrate as follows.

도 3은 본 실시예의 다층박막 패터닝을 나타내는 단계도이다.3 is a step diagram showing multilayer thin film patterning of this embodiment.

도 3을 참조하면, 먼저 PAH와 PSS 용액의 농도를 1mg/㎖로 하였다. 또한 실리콘 기판이 친수성의 성질과 함께 (-) 전하를 갖도록 상기 기판을 탈이온수:H2O2:29% 암모니아 용액(5:1:1)으로 이루어진 RCA 용액을 이용하여 10분 동안 65℃의 열을 가하며 담지시켰다. 이로써 친수성의 성질을 갖게 되는 기판을 pH 3에서 (+) 전하를 갖는 카탈라아제 용액에 10분 동안 담지시켰고, 이후에 pH 3인 탈이온수에 1분 동안 담지, 2회 세척하였다. 그리고 질소를 이용하여 건조를 실시하였다. 이후, 상기 양이온의 전하를 가지는 기판상에 음이온의 PSS를 종래의 기술에 따라 마이크로컨택프린팅법으로 적층하여, 패터닝된 PSS박막을 기판상에 적층시켰다. 이때 상기 마이크로컨택프린팅의 템플릿은 PDMS였으며, UV를 이용하여 경화공정을 진행하였다.Referring to FIG. 3, first, the concentrations of the PAH and PSS solutions were 1 mg / ml. In addition, the silicon substrate along with the hydrophilic nature - to have a charge of deionized water to the substrate () of 65 ℃ for 10 minutes using an RCA solution of the H 2 O 2: 29% ammonia solution (15: 1: 1) It was loaded with heat. Thus, the substrate having hydrophilic properties was immersed in a catalase solution having a positive charge at pH 3 for 10 minutes, and then washed twice for 1 minute in deionized water at pH 3 for 1 minute. And it dried using nitrogen. Then, the PSS of the anion was laminated on the substrate having the charge of the cation by microcontact printing according to the conventional art, and the patterned PSS thin film was laminated on the substrate. At this time, the template of the microcontact printing was PDMS, and the curing process was performed using UV.

이후 음이온의 PSS가 패턴, 증착된 기판을 양이온의 상기 PAH 용액에 담지시켜, 상기 PSS박막 상에 PAH를 증착시키고, 이후 상기 기판을 pH=9인 용액에 담지시킴으로써 카탈라아제층의 표면전하를 다시 음이온을 변경하였다. After the PSS pattern of the anion was deposited, the deposited substrate was supported on the PAH solution of the cation to deposit PAH on the PSS thin film, and then the surface charge of the catalase layer was again supported by supporting the substrate on a solution having a pH = 9. Changed.

이후 (-) 전하의 PSS를 연속적으로 증착시키기 위해서 상기 담지, 세정 및 건조 과정을 반복실시 하였고, 이상의 공정은 원하는 층수를 모두 증착시킬 때까지 반복하였다.Thereafter, the supporting, cleaning and drying processes were repeated to continuously deposit the negative charge PSS, and the above process was repeated until all the desired number of layers were deposited.

실시예Example 2 2

상기 음전하의 PSS 대신에 음이온의 백금 나노입자 (PtNP)를 박막으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의하여 패턴된 다층박막을 기판상에 적층시켰고, 상기 백금 나노입자는 시트레이트(citrate) 이온 환원 방법을 이용하여 합성하였는데, 이를 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 1.79 mM H2Cl6Pt6H2O 250 ㎖을 상온에서 투입시킨 후 완전히 녹을 때까지 계속 교반시켰다. 이후 68 mM 구연산나트륨(soduim citrate) 20㎖와 70mM NaBH4 1㎖를 용액의 색이 어두운 노란색에서 어두운 갈색으로 변할 때까지 연속적으로 첨가하고, 이를 pH 9인 수용액에서 분산시켰다. A multi-layered thin film was laminated on the substrate by the same method as Example 1 except that anionic platinum nanoparticles (Pt NP ) were used as a thin film instead of the negatively charged PSS. citrate) was synthesized using an ion reduction method, which will be described in more detail. First, 250 ml of 1.79 mM H 2 Cl 6 Pt6H 2 O was added at room temperature, and the stirring was continued until complete melting. Thereafter, 20 ml of 68 mM sodium citrate and 1 ml of 70 mM NaBH4 were continuously added until the color of the solution changed from dark yellow to dark brown, which was dispersed in an aqueous solution of pH 9.

도 4는 상기 제조된 백금 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.4 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the prepared platinum nanoparticles.

도 4를 참조하면, 상기 PtNP의 직경은 약 5.8± 1 nm 이다는 것을 알 수 있다.Referring to Figure 4, it can be seen that the diameter of the Pt NP is about 5.8 ± 1 nm.

실험예Experimental Example 1 One

카탈라아제의 특성 분석Characterization of Catalase

도 5는 상기 카탈라아제의 pH변화에 따른 제타포텐셜의 변화를 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the change in zeta potential according to the pH change of the catalase.

도 5를 참조하면, 측정된 pI(isoelectric point)는 5.6이었으며, 이는 본 발명의 일 실시예에 사용된 카탈라아제가 pH<5.6의 조건에서는 전체적으로 양의 전하를 가지게 되며, 반대로 pH>5.6인 경우 음의 전하를 갖는다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 5, the measured pI (isoelectric point) was 5.6, which means that the catalase used in the embodiment of the present invention had a positive charge as a whole under the condition of pH <5.6, and vice versa when pH> 5.6. It means that it has a charge of.

실험예Experimental Example 2 2

폴리전해질층Polyelectrolyte layer 특성분석 Characterization

pH 변화에 따른 실시예 1의 폴리전해질층(PE)(PSS 및 PAH)의 카탈라아제 코팅 석영기판에 대한 흡착량을 분석하였고, 이를 도 5a 및 도 5b에 나타내었다.The adsorption amount on the catalase-coated quartz substrate of the polyelectrolyte layer (PE) (PSS and PAH) of Example 1 according to the pH change was analyzed and shown in FIGS. 5A and 5B.

즉, 본 실험예는 카탈라아제의 pH 변화에 따른 정전기적 전하의 가역적인 변화를 조사하기 위한 것으로, 흡착량의 변화를 흡광계(UV-vis spectroscopy) 및 QCM을 통해 조사하였다. PSS의 경우는 225 nm 파장영역에서 흡수 피크를 보이므로 흡광도의 변화를 통해 흡착량의 변화를 조사하였으며 PAH는 흡수 피크가 없으므로 QCM의 주파수 변화량을 통해 정량적으로 조사하였다. That is, this experimental example is to investigate the reversible change of the electrostatic charge according to the pH change of the catalase, the change of the adsorption amount was investigated through an absorbance (UV-vis spectroscopy) and QCM. In the case of PSS, the absorption peak was shown in the wavelength region of 225 nm, so the change of adsorption was investigated through the change of absorbance.

도 6a 및 6b를 참조하면, 카탈라아제의 pH를 3에서 6으로 증가시킬 경우, 카탈라아제가 코팅된 기판 위에 음전하의 PSS 흡착량은 급격하게 감소하는 반면, 양 전하를 갖는 PAH의 경우는 흡착량이 급격하게 증가하였다. 이러한 결과는 카타라아제가 pH에 따른 전하의 변화가 발생하는 것을 나타내며, 따라서 카탈라제의 pH 조절에 따른 선택적인 흡착을 할 수 있다는 것을 의미한다.6A and 6B, when the pH of the catalase is increased from 3 to 6, the adsorption amount of negative charge PSS on the catalase-coated substrate is drastically reduced, whereas in the case of PAH having a positive charge, the adsorption amount is rapidly increased. Increased. These results indicate that the change in charge with catalase occurs with pH, which means that it is possible to selectively adsorb the catalase with pH adjustment.

실험예Experimental Example 3 3

박막 분석Thin film analysis

각 단계의 흡착 후, 흡착된 박막의 질량을 조사하기 위해 QCM 장치(모델 : QCM200, SRS)를 사용하였는데, QCM 전극의 공진 진동수는 ca. 5MHz이다. After each step of adsorption, a QCM device (model: QCM200, SRS) was used to investigate the mass of the adsorbed thin film. The resonance frequency of the QCM electrode was ca. 5 MHz.

정전기적인 상호작용을 기반으로 하여 QCM 전극 위에 (카탈라제/PSS)5 다층박막구조를 PAH 상에 형성한 후 이를 분석, 도 7에 나타내었다. Based on the electrostatic interaction, (catalase / PSS) 5 multilayer thin film structure was formed on the PAH on the QCM electrode, and analyzed, as shown in FIG. 7.

도 7을 참조하면, pH 3에서 양전하를 갖는 카탈라아제와 음전하를 갖는 PSS는 정전기적 인력으로 인하여 다층박막이 형성하는 것을 알 수 있는데, 도 7의 QCM의 주파수(frequency 변화량, F)의 주기적인 감소를 통해 확인할 수 있다. 더 나아가 즉, 주파수의 변화량은 흡착량으로 정량화시킬수 있으며 주파수의 감소는 흡착량의 증가를 의미한다. 또한 카탈라제와 PSS의 흡착량은 각각 755 ngcm-2(frequency 변화량, F 42.7 Hz), 132 ngcm-2(F 7.5 Hz)으로 판단된다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the catalase having a positive charge and the PSS having a negative charge are formed at the pH 3 by the electrostatic attraction, and the periodic decrease of the frequency (frequency change amount, F) of the QCM of FIG. You can check it through Furthermore, the change in frequency can be quantified by the amount of adsorption and the decrease in frequency means an increase in the amount of adsorption. In addition, the adsorption amount of catalase and PSS was determined to be 755 ngcm -2 (frequency change, F 42.7 Hz) and 132 ngcm -2 (F 7.5 Hz), respectively.

실험예Experimental Example 4 4

다층박막의 성장확인Growth confirmation of multilayer thin film

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 PSS/PAH 다층박막의 두께 성장을 나타내는 AFM 측정 결과를 나타낸다.8 shows AFM measurement results showing the thickness growth of the PSS / PAH multilayer thin film according to Example 1 of the present invention.

도 8을 참조하면, 이중층 하나는 약 3.5nm이고 총 7개의 이중층의 경우 두께가 19nm인 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 용액 pH에 의한 정전기적 변화가 발생한 효소의 표면이 선택적인 다층구조의 적층에 매우 효과적이다는 것을 나타낸다.Referring to FIG. 8, it can be seen that one double layer is about 3.5 nm and the total thickness of seven double layers is 19 nm. These results indicate that the surface of the enzyme that caused the electrostatic change by solution pH is very effective for selective multi-layer stacking.

실험예Experimental Example 5 5

실시예Example 2에 따른 다층박막을 포함하는 바이오센서 분석 Biosensor analysis comprising a multilayer thin film according to 2

도 9는 실시예 2에서 제조된 금속 나노입자와 생 촉매인 효소로 구성된 혼합형의 전기화학적 센서를 나타낸다.FIG. 9 shows a mixed type electrochemical sensor composed of metal nanoparticles prepared in Example 2 and an enzyme which is a live catalyst.

도 9를 참조하면, PtNP는 ~5.8nm의 입경을 가지며, 패턴된 PSS/(PAH/PtNP)5(MPt) 다층구조가 선택적으로 Au 전극 상에 적층된 것을 알 수 있다. 특히, PtNP 및 카탈라아제가 각각 NO 및 H2O2의 효과적인 촉매로 알려져 있기 때문에, 본 발명의 실시예 2의 다층박막 구조는 복합 성분의 검출에 있어서 매우 효과적이다는 장점을 가지며, 더 나아가, 본 발명에 따른 다층박막은 감지하고자 하는 물질의 분자와 이와 반응하는 촉매 간의 직접적인 접촉과 함께 이러한 접촉 면적을 현저히 향상시킬 수 있으므로, 매우 높은 전기화학적 활성을 나타낼 수 있다. 이는 하기 실험예에서 보다 상세히 설명된다.Referring to FIG. 9, it can be seen that Pt NP has a particle diameter of ˜5.8 nm and a patterned PSS / (PAH / Pt NP ) 5 (M Pt ) multilayer structure is selectively stacked on the Au electrode. In particular, since Pt NP and catalase are known as effective catalysts of NO and H 2 O 2 , respectively, the multilayer thin film structure of Example 2 of the present invention has the advantage that it is very effective in the detection of complex components, and furthermore, The multilayer thin film according to the present invention can significantly improve such contact area with direct contact between molecules of a substance to be detected and a catalyst reacting with it, and thus can exhibit very high electrochemical activity. This is explained in more detail in the following experimental example.

실험예Experimental Example 6 6

CyclicCyclic voltammogramvoltammogram ( ( CVCV ) 측정 ) Measure

QCM Au 전극 위에 흡착된 실시예 2의 다층박막의 전기화학적 활동을 Cyclic voltammogram (CVs)(모델 : compactstat, IVIUM)을 이용하여 측정하였다. H2O2와 NO의 감지를 위해, H2O2와 NaNO2 solution의 농도는 21mM로 조절하였다. NaNO2는 하기 화학식 1에 의해 NO의 감지가 일어난다.The electrochemical activity of the multilayer thin film of Example 2 adsorbed on a QCM Au electrode was measured using Cyclic voltammograms (CVs) (model: compactstat, IVIUM). For the detection of H 2 O 2 and NO, the concentration of H 2 O 2 and NaNO 2 solution was adjusted to 21 mM. NaNO 2 is detected by the formula (1) below.

3HNONO → H+ + NO3 - + 2NO + H2O 3HNONO → H + + NO 3 - + 2NO + H 2 O

도 10a 및 10b는 각각 H2O2 및 NO에 대한 Cyclic Voltammograms(CVs)의 결과를 나타낸다. 10a and 10b show H 2 O 2, respectively. And Cyclic Voltammograms (CVs) for NO.

도 10a 및 10b를 참조하면, Mcat 상에 패턴, 증착된 Mpt 하이브리드 다층박막 센서는 Mpt 혹은 Mcat만을 이용한 센서보다 훨씬 큰 전기화학반응을 보인다는 사실로부터 본 발명에 따른 다층박막 패터닝 방법은 전기화학센서의 민감도 향상에 매우 효과적이다는 것을 나타낸다. Referring to Figures 10a and 10b, M pt hybrid multi-layer thin-film sensor pattern, deposited on the M cat method of multi-layer thin film is patterned in accordance with the present invention from the fact that it seems a much larger electrochemical reactions than the sensor using only M pt or M cat Indicates that it is very effective for improving the sensitivity of the electrochemical sensor.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 10a 및 10b의 A 곡선은 순수한 금(Au)이 코팅된 전극(bare electrode)이 갖는 전기화학적 반응 곡선을 나타내며, H2O2 및 NO에 대해서 매우 낮은 전기적 활성을 보이는 것을 알 수 있다. 반면, B 곡선은 패턴되지 않은 Mcat를 나타내는데, 상기 B 곡선은 활성 산소에 대하여 0.1V 및 -0.37V에서 각각 산화-환원 반응 피크를 나타내고, NO에 대해서는 약 1.4V에서 산화반응 피크를 나타낸다. In more detail, the A curves of FIGS. 10A and 10B represent electrochemical reaction curves of bare electrodes coated with pure gold (Au), and show very low electrical activity with respect to H 2 O 2 and NO. I can see it. On the other hand, the B curve shows the unpatterned M cat, which shows an oxidation-reduction peak at 0.1 V and -0.37 V for active oxygen and an oxidation peak at about 1.4 V for NO, respectively.

반면에 C 곡선은 본 발명에 따른 하이브리드 다층박막구조(카탈라아제층의 표면상에 패터닝된 다층박막 구조, Mpt)의 전기화학적 반응 곡선을 나타내는데, 특히 H2O2에 대한 산화-환원 반응 및 NO에 대하여 산화반응 피크 모두 급격히 증가되는 전류에 의하여 보다 향상된 전기화학적 활성을 나타내는 것을 알 수 있다.On the other hand The C curve shows the electrochemical reaction curve of the hybrid multilayer thin film structure (multilayer thin film structure patterned on the surface of the catalase layer, M pt ) according to the present invention, in particular with respect to redox reaction and NO for H 2 O 2 . It can be seen that all of the oxidation peaks show more improved electrochemical activity due to the rapidly increasing current.

더 나아가, MPt의 경우, 이중층 당 흡착된 PtNp 량이 pH 9 조건에서 3074 ngcm-2이고, pH 7 조건에서 PtNP가 동일한 전하들 사이에서 나타나는 정전기적 척력이 감소하기 때문에 5180 ngcm-2으로 증가되므로 더 높은 전기화학적 활성을 기대할 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에서는 PAH 상에 PtNP의 선택적인 흡착을 향상시키기 위해서 적층 용액의 pH는 9로 조절하여, 나노입자사이에 정전기적 척력을 증가시켰다. 만약, 나노입자의 전하 밀도가 낮아지면(즉, 정전기적 척력이 약화되면) 선택적인 영역 이외의 영역, 즉 흡착되지 말아야 할 영역에서도 흡착이 이루어지는 문제가 있다. 따라서 본 발명의 경우 pH 9 인 조건에서는 전하밀도가 높기 때문에 선택적인 영역에서만 흡착하려는 선택성이 증가하게 된다. Furthermore, for M Pt Adsorbed Pt Np Per Bilayer The amount is 3074 ngcm -2 at pH 9 condition and increased to 5180 ngcm -2 because Pt NP decreases between the same charges at pH 7 condition, so higher electrochemical activity can be expected. However, in one embodiment of the present invention, the pH of the lamination solution was adjusted to 9 to increase the selective adsorption of Pt NP on the PAH, thereby increasing the electrostatic repulsive force between the nanoparticles. If the charge density of the nanoparticles is low (that is, the electrostatic repulsive force is weakened), there is a problem that adsorption occurs in a region other than the selective region, that is, the region that should not be adsorbed. Therefore, in the present invention, since the charge density is high under the condition of pH 9, the selectivity to adsorb only in the selective region is increased.

실험예Experimental Example 7 7

패턴된Patterned 다층구조의 표면 구조  Multi-layered Surface Structure

실시예 1의 다층박막 위에 형성된 PSS의 선형의 패턴구조를 확인하기 위해 광학 현미경을 이용하였다. 표면 구조와 기판상에 증착한 (PAH/PSS)5, (PAH/PtNP)5의 패턴 높이는 탭핑모드(tapping mode)의 원자힘 현미경(atomic force microscope(AFM))을 이용하여 측정하였고(모델 : SPA400, SEIKO), 이를 도 11에 나타내었다.An optical microscope was used to confirm the linear pattern structure of the PSS formed on the multilayer thin film of Example 1. The surface structures and pattern heights of (PAH / PSS) 5 and (PAH / Pt NP ) 5 deposited on the substrate were measured using an atomic force microscope (AFM) in tapping mode (model : SPA400, SEIKO), which is shown in FIG. 11.

도 11을 참조하면, 패턴된 PSS층은 약 2㎛이고, 균일한 형태로 패턴되었음을 알 수 있다.Referring to FIG. 11, it can be seen that the patterned PSS layer is about 2 μm and is patterned in a uniform form.

도 1a 및 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막의 제조방법을 나타내는 단계도이다.1A and 1B are steps illustrating a method of manufacturing a multilayer thin film according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층박막 패터닝 방법을 도시한 단계도이다.2A to 2D are step diagrams illustrating a multilayer thin film patterning method according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예1 의 다층박막 패터닝 방법을 나타내는 단계도이다.3 is a step diagram showing a multi-layer thin film patterning method of Example 1 of the present invention.

도 4는 상기 제조된 백금 나노입자의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.4 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the prepared platinum nanoparticles.

도 5는 카탈라아제의 pH변화에 따른 제타포텐셜의 변화를 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the change in zeta potential according to the pH change of catalase.

도 6a 및 6b는 실시예 1의 폴리전해질층(PE)(PSS 및 PAH)의 카탈라아제 코팅 석영기판에 대한 흡착량을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다.  6A and 6B are graphs showing the results of analyzing the adsorption amount on the catalase-coated quartz substrate of the polyelectrolyte layer (PE) (PSS and PAH) of Example 1. FIG.

도 7은 실험예 3의 QCM 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 7 is a graph showing a QCM analysis result of Experimental Example 3. FIG.

도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 PSS/PAH 다층박막의 두께 성장을 나타내는 AFM 측정 결과를 나타낸다.8 shows AFM measurement results showing the thickness growth of the PSS / PAH multilayer thin film according to Example 1 of the present invention.

도 9는 실시예 2에서 제조된 금속 나노입자와 생촉매인 효소로 구성된 혼합형의 전기화학적 센서를 나타내는 개념도이다.9 is a conceptual diagram illustrating a mixed type electrochemical sensor composed of metal nanoparticles prepared in Example 2 and an enzyme which is a biocatalyst.

도 10a 및 10b는 각각 H2O2 및 NO에 대한 Cyclic Voltammograms(CVs)의 결과를 나타낸다. 10a and 10b show H 2 O 2, respectively. And Cyclic Voltammograms (CVs) for NO.

도 11은 실시예 1의 다층박막 위에 형성된 PSS의 선형의 패턴구조를 나타내는 광학 현미경 사진이다.FIG. 11 is an optical micrograph showing a linear pattern structure of PSS formed on the multilayer thin film of Example 1. FIG.

Claims (7)

삭제delete pH조건에 따라 표면 전하를 달리하는 효소를 이용하여 기판상에 다층박막을 적층시키는 것을 특징으로 하는 전기화학 바이오센서의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the electrochemical biosensor, characterized in that the multilayer thin film is laminated on the substrate using an enzyme that changes the surface charge according to the pH conditions, 상기 전기화학 바이오센서의 제조방법은The manufacturing method of the electrochemical biosensor (a) 제 1 전하로 대전된 기판상에 제 2 전하로 대전된 효소층을 적층시키는 단계;(a) stacking an enzyme layer charged with a second charge on a substrate charged with a first charge; (b) 제 2 전하로 대전된 효소층 상에 제 1 전하로 대전된 제 1 박막을 선택적으로 적층시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 전기화학 바이오센서의 제조방법.(b) selectively laminating the first thin film charged with the first charge on the enzymatic layer charged with the second charge. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, (c) 상기 (b) 단계 이후 제 1 전하의 상기 제 1 박막 상에 제 2 전하의 제 2 박막을 적층하는 단계;(c) depositing a second thin film of second charge on the first thin film of first charge after step (b); (d) 상기 노출된 효소층의 표면 전하를 제 2 전하에서 제 1 전하로 변화시키는 단계;(d) changing the surface charge of the exposed enzyme layer from a second charge to a first charge; (e) 제 2 전하의 제 2 박막 상에 제 1 전하의 제 3 박막을 적층시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 바이오센서의 제조방법.(e) stacking a third thin film of the first charge on the second thin film of the second charge. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein (f) 상기(e) 단계 후 노출된 효소층의 표면 전하를 제 1 전하에서 제 2 전하로 변화시키는 단계; 및(f) changing the surface charge of the exposed enzyme layer after step (e) from the first charge to the second charge; And (g) 상기 제 1 전하의 제 3 박막 상에 제 2 전하의 제 4 박막을 적층시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 바이오센서의 제조방법.(g) stacking a fourth thin film of a second charge on the third thin film of the first charge. 제 4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 (c) 내지 (g) 단계를 반복하여 복수의 다층막을 상기 기판 상에 적층하는 것을 특징으로 하는 전기화학 바이오센서의 제조방법.Repeating the steps (c) to (g) to produce a plurality of multi-layer film on the substrate manufacturing method of an electrochemical biosensor. 제 2항에 있어서, 상기 효소층은 카탈라아제층인 것을 특징으로 하는 전기화학 바이오센서의 제조방법.The method of claim 2, wherein the enzyme layer is a catalase layer. 제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 전기화학 바이오센서.An electrochemical biosensor manufactured by the method according to any one of claims 2 to 6.
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