KR101502277B1 - 육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서 - Google Patents

육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서 Download PDF

Info

Publication number
KR101502277B1
KR101502277B1 KR20140058360A KR20140058360A KR101502277B1 KR 101502277 B1 KR101502277 B1 KR 101502277B1 KR 20140058360 A KR20140058360 A KR 20140058360A KR 20140058360 A KR20140058360 A KR 20140058360A KR 101502277 B1 KR101502277 B1 KR 101502277B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
color
color conversion
absence
analytes
change
Prior art date
Application number
KR20140058360A
Other languages
English (en)
Inventor
이정헌
허준혁
조희훈
Original Assignee
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교산학협력단 filed Critical 성균관대학교산학협력단
Priority to KR20140058360A priority Critical patent/KR101502277B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101502277B1 publication Critical patent/KR101502277B1/ko
Priority to US14/687,021 priority patent/US20150330904A1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/251—Colorimeters; Construction thereof
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/29—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using visual detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/783—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour for analysing gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/80—Indicating pH value
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/84—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving inorganic compounds or pH

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

본 발명은 색 변환 센서 사용에 있어서 분석 물질(analyte)에 노출 후 색깔이 A에서 B로 변할 때, A나 B 색깔의 보색염료 및 안료를 첨가하여 색 변화가 검정색에서 다른 색으로 변화가 되도록 유도하여 색 대비 효과를 극대화하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는, 분석 물질(analytes)의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약 및 상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료를 혼합한 색변환 감지부를 포함하고, 상기 색변환 감지부의 색상 변화를 이용하여 분석 물질을 검출한다.

Description

육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서 {COLORIMETRIC SENSOR DETECTING ANALYTES WITH VISUAL EXAMINATION}
본 발명은 색 변환 센서에 관한 것이고, 또한 이러한 색변환 센서를 이용하여 분석 물질을 검출하는 방법에 관한 것이다.
산업 또는 사고 현장의 환경에서 유해가스 및 유해화학물질을 신속하게 정성 및 정량 할 수 있는 분석법이 필요하다. 특히 현장에서는 밀폐된 공간이라 할지라도 현장을 보존하기 어려워 직접적인 분석법이 필수적이고, 지하공간, 산업적 공간 등에서는 다양하게 발생되는 유해가스를 검출하기 위해서 간단하고 이동성이 높은 분석법이 필요하다. 또한 의료, 법과학 및 산업영역에서 활용 가능성이 있도록 다양한 시료 즉, 기체상태, 용액상태 및 혈액 시료에 대해 적용할 수 있는 분석법이 필요하다. 이를 위해 현재까지 적정법, 분광학적 분석법, 전기화학적 분석법 및 크로마토그래피 등이 이용되고 있다. 적정법은 장치가 간단하지만 검출 감도가 낮다. 다른 방법들은 유해가스와 반응하여 검출하기 위해 복잡한 화학적 화합물 및 값 비싸고 복잡한 장치들로 구성되어 있다. 따라서, 빠르고 높은 감도를 가지며, 이동이 용이하고, 간단한 조작으로 신뢰성 있는 결과를 제시해 줄 유해물질 및 가스, 생화학 분자나 표지마커, 세포·세균· 바이러스·박테리아 등과 같은 생물학적 기본 단위 생물, 중금속 등에 대한 검출 장치 및 검출 방법이 필요한 실정이다.
이러한 문제를 해결하기 위해 색변환 센서(colorimetric sensor)가 이용되고 있다. 화학 센싱에 이용가능한 여러가지 방법 중에서, 색변환 기술은 신호 전달에 커다란 장치를 사용하지 않고 사람의 눈을 사용할 수 있다는 점에서 여전히 유리한 상태에 있다.
색 변환 센서 어레이 (colorimetric sensor array)는 적은 비용으로 높은 민감도(selectivity)를 가지기 때문에 다양한 종류의 분석 물질 (analytes)을 검출 및 확인하는데 유용한 방법으로 알려져 있다. 보다 많은 수의 분석 물질(analytes)과의 화학적 반응을 동시에 유도하기 위해 PET (polyethylene terephthalate)에 36가지 정도의 안료나 염료(base indicators, acid indicators, vapochromic, metal salts)를 사용한다. 하지만, 대부분의 안료나 염료들이 다색에서 다색으로 변화하기 때문에 어떠한 물질에 반응을 하였는지 알기에는 어려움이 있다.
기존의 색 변환 센서의 경우 도 1과 같이 대부분 분석 물질(analyte)에 노출 후 A의 색에서 B라는 색으로 바뀐다. 하지만, 색 변화 전과 후에 모두 색깔(유채색)을 띠기 때문에 색 변화 여부와 정도를 파악하기 어려움이 있었다. 또한, 다중분석을 위하여 여러 종류의 색 변환 센서를 어레이로 제작 시 동시에 관찰하는 색깔의 경우의 수가 많기 때문에 즉각적인 색 변화 여부를 파악하기 어려움이 있었다.
본 발명의 발명자는 이러한 종래 기술의 색변환 센서의 경우 색 변화의 즉각적인 파악이 어렵다는 점을 개선하고자 한다.
미국 등록특허공보 7,449,146 B2 (2008. 11. 11) 대한민국 등록특허공보 10-11208659 (2012. 12. 05)
K. Suslick et al., Nanoscale, 2011, 3, 1971-1973
본 발명의 발명자는 종래 기술의 색변환 센서의 경우 색변화의 전후에 있어서 모두 색을 띠고 있기 때문에 색변환 여부에 대해 즉각적인 파악이 어렵다는 문제점을 해결하고자 한다.
이를 해결하기 위해 본 발명의 발명자는 색변환 센서의 반응을 유채색에서 무채색으로 변화시키던지, 아니면 무채색에서 유채색으로 변화가 일어나도록 하여 색변환을 더욱 명료하게 만들었다.
이를 통해 대상 분석 물질의 존재 여부를 즉각적으로 파악할 수 있게 되었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는, 분석 물질(analytes)의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약 및 상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료를 혼합한 색변환 감지부를 포함하고, 상기 색변환 감지부의 색상 변화를 이용하여 분석 물질을 검출한다.
이 경우 상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료는, 마젠타(magenta), 옐로우(yellow) 및 시안(cyan)의 3원색 염료를 조합하여 만들어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는, 액체 상태 또는 수용액 상태의 시료에서 분석 물질을 검출할 수 있고, 기체 상태의 시료에서 분석 물질을 검출할 수도 있으며, 고체 상태의 시료에서 분석 물질을 검출할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는, 분석 물질(analytes)의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약 및 상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료를 혼합한 색변환 감지부를 복수개 포함하고, 각각의 색변환 감지부는 각각 색상 변화를 이용하여 상이한 분석 물질을 검출한다.
삭제
삭제
한편, 색변환 감지부에서 색의 변화가 일어나는지를 판단하는 식별부; 및 상기 식별부에 의해 색의 변화가 일어날 경우 상태 변화를 출력하는 출력부를 추가로 포함할 수 있다. 식별부는 색변환 감지부의 색상 변화 여부를 감지한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는 의료용 바이오 센서, 중금속 센서, 생물 분자 센서, 화학 분자 센서 등으로 이용 가능하다.
본 발명의 색변환 센서는 색변환 센서의 반응을 유채색에서 무채색으로 변화시키던지, 아니면 무채색에서 유채색으로 변화가 일어나도록 하여 색변환을 더욱 명료하게 만들었다. 이를 통해 대상 분석 물질의 존재 여부를 즉각적으로 파악할 수 있게 되었다.
또한, 검정색과 같은 무채색에서 다른 유책색으로 색변환이 일어나는 센서를 만들어 on-off 가 확실한 색변환 센서를 제작할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 색변환 센서의 색감지부의 색 변화 모습을 도시한다.
도 2a는 보색 관계의 색상표를 나타내며, 도 2b는 보색을 이용하여 무채색을 만들 수 있음을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서의 구조의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서가 대상 분석 물질과의 반응 전후의 색변화 모습을 도시한다.
도 6a는 pH 변화에 따른 BCP의 색상 변화를 나타내며, 도 6b는 BCP의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 7a는 pH 변화에 따른 노란색 염료의 색상 변화를 나타내며, 도 7b는 노란색 염료의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 8은 BCP와 노란색 염료의 혼합액을 준비하고 분석 물질로서 HCl을 검출하는 모습의 색변화를 도시한다.
도 9a는 pH 변화에 따른 MV의 색상 변화를 나타내며, 도 9b는 MV의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 10a는 pH 변화에 따른 초록 염료의 색상 변화를 나타내며, 도 10b는 초록 염료의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다.
도 11은 MV와 초록 염료의 혼합액을 준비하고 분석 물질로서 HCl을 검출하는 모습의 색변화를 도시한다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
본 발명은 색의 변화를 종래 기술과 달리 유채색에서 무채색으로 변화시키던지 아니면 무채색에서 유채색으로 변화시킴으로써 색변환을 한눈에 파악하여 대상 분석 물질(analyte)을 즉각적으로 파악하도록 하였다.
종래 기술의 색변환 센서의 경우 색변화의 전후에 있어서 모두 색을 띠고 있기 때문에 색변환 여부에 대해 즉각적인 파악이 어려웠다. 도 1은 종래 기술의 색변환 센서의 모습이며, 분석 물질에 노출 전후의 색상 변화가 이루어졌지만, 어떠한 부분의 지시약이 색변화가 일어났는지 한눈에 파악하기가 어려움을 확인할 수 있다. 따라서, 어떠한 분석 물질이 존재하는지 한눈에 파악하기 어려웠다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는, 분석 물질(analytes)의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약 및 상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료를 혼합한 색변환 감지부를 포함한다.
본 명세서에서 "색변환 감지부"라고 함은 색의 변화를 감지하는 부분으로써, 지시약을 포함하고 있는 부분이다. 색변환 감지부는 복수개가 어레이(array) 형식으로 복수개 배열될 수 있으며, 도 1의 예의 경우에는 6x6 어레이의 색변환 감지부의 모습이다.
지시약은 분석 물질의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약이면 어떤 것이든 포함하며, 지시약의 일 예로는 pH 지시약이 대표적이다. 지시약은 pH의 변화, 분석 대상 물질과의 화학 반응 또는 분석 대상 물질로부터의 빛에 따른 색의 변화, 그 밖에 유해 물질, 가스, 생화학 분자, 표지 마커, 세포, 세균, 바이러스, 박테리아, 중금속 등의 존재 유무에 따라 색이 변화하는 것들이다.
염료는 안료라고도 불리우며, 이러한 염료는 분석 물질(analyte)의 존재 여부에 영향을 받지 않고 물질 고유의 색깔을 가진 것이다. 본 발명에서는 염료가 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 색상을 이용한다. 왜냐하면 서로 보색 관계에 있는 두 색을 섞으면 보색 관계에 의해 무채색인 검정색을 띠기 때문이다. 이는 혼합한 지시약이 가시광선 영역의 빛을 대부분 흡수하기 때문이다.
도 2a는 보색 관계의 색상표를 나타내며, 도 2b는 보색을 이용하여 무채색을 만들 수 있음을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료는, 마젠타(magenta), 옐로우(yellow) 및 시안(cyan)의 3원색 염료를 조합하여 만들어질 수 있으며, 따라서 어떠한 색의 지시약에 대해서도 보색 관계에 있는 염료를 만들 수 있다.
본 발명에서는 지시약 및 염료의 색깔이 서로 보색 관계를 가진 색을 가진 것을 혼합함으로써 분석 물질을 검출시 유채색에서 무채색으로 또는 무채색에서 유채색으로의 변화를 유발하여 육안으로 손쉽게 분석 물질의 존재 유무를 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는 색변환 감지부의 색상 변화를 이용하여 분석 물질을 검출한다. 이러한 검출의 일 예는 지시약과 분석 물질과의 화학 반응 등에 의한 것으로써, 이러한 화학 반응은 온도, 습도와 같은 환경적 요인에 영향을 받지 아니하며, 빠른 반응 시간, 분석 물질과의 반응성, 이동성의 장점을 이용하여 실시간으로 간편하게 검출이 가능하다.
지시약은 분석 대상 물질의 종류에 따라 선택하여 이용할 수 있으며, 이 경우 지시약의 색상에 따라 보색 관계의 염료를 이용한다. 보색 관계의 염료는 위에서 설명한 것처럼 염료의 3원색을 이용해 제작 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 색변환 센서는 액체 상태 또는 수용액 상태의 시료에서 분석 물질을 검출한다. 또한, 기체 상태의 시료에서 분석 가스를 검출할 수도 있다.
한편, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 색변환 센서는 분석 물질로부터 나오는 빛으로부터 분석 물질을 검출할 수도 있다. 예를 들어 수질의 오염도를 측정하는 경우에 있어서 분석 시료가 빨간색의 빛을 발하면 물은 청정한 것이고, 시료가 초록색의 빛을 내면 감지하기를 바라는 물질이 포함되어 있음을 의미한다.
이와 같이 분석 물질의 빛으로부터 분석 물질을 검출하는 색변환 센서의 경우에는 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 빛의 색상은, 빨강, 초록 및 파랑의 빛의 3원색을 조합하여 만들어진다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따른 색변환 센서가 도 3에서 도시되어 있으며, 도 3에서 도시된 것처럼, 기판(10); 기판 상에 배치된 색변환 감지부(20)를 포함한다.
기판(10)은 특별한 제한은 없으며, PET 필름 기판이 일반적으로 이용된다. 기판은 일 실시예이며, dip stick, 미세 유동 소자 등과 같은 다양한 형태가 기판을 대체할 수 있다.
색변환 감지부(20)는 분석 물질의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약 및 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료가 혼합되어 있다. 이에 대해서는 위에서 자세히 설명하였으므로 추가적인 설명은 생략한다. 색변환 감지부(20)는 위로 돌출된 모습으로 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 기판 내에 내장되어 표면이 매끄러운 형태로 배치될 수도 있다.
도 3 및 도 4에서 볼 수 있는 것처럼, 색변환 감지부의 개수는 복수개일 수 있으며, 이 경우 각각의 색변환 감지부는 각각 색상 변화를 이용하여 상이한 분석 물질을 검출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 색변환 센서의 색변환 감지부의 배열을 도시하며, 대상 분석 물질과의 반응 전후의 모습이 도시되어 있다. 도 4에서 볼 수 있는 것처럼, 분석 물질과의 화학 반응에 의해 무채색인 검은색에서 유채색 색상으로 변경됨을 확인할 수 있으며, 이에 의해 분석 물질을 한눈에 손쉽게 검출할 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 색변환 센서의 경우 색변환 감지부에서 색의 변화가 일어나는지를 판단하는 식별부; 및 식별부에 의해 색의 변화가 일어날 경우 상태 변화를 출력하는 출력부를 추가로 포함할 수 있다.
식별부(미도시)는 색변환 감지부에서의 색의 변화가 일어났는지를 판단하는 부분이다. 예를 들어 pH의 변화 여부를 이용한 색변환 센서라면, 이러한 식별부는 pH의 변화 여부를 측정하는 pH 측정기가 될 수 있으며, 이를 통해 색변환 감지부의 pH 변화를 감지함으로써 색의 변화가 일어났는지를 판단한다.
한편, 색변환 센서에서 색의 변화가 있을 경우(즉, 색변환 감지부에서 색의 변화가 있을 경우), 별도의 출력부를 통해 사용자 등에게 알릴 수도 있다. 이 경우 출력부는 스피커나 알람 장치(예를 들어 디스플레이 장치, 경보 장치 등)이며, 이는 일 실시예에 해당하고, 전기신호, 전자 신호, 음파, 압력 등 가능한 모든 출력 신호가 가능할 수 있다.
이하에서는 실제 실험예를 통해 본 발명의 내용을 추가적으로 설명하도록 하겠다. 이하의 실제 시험예의 경우에는 지시약으로서 pH 지시약을 이용하였고, 아래의 실험예는 pH 지시약의 색의 변화를 통해 분석 물질을 검출하는 예에 관한 것이다.
실시예 1에서는 pH 지시약으로는 BCP(Bromocresol Purple)과 염료로는 노란색 염료(Yellow dye)를 이용하였다.
BCP는 전이(transition) pH 범위가 5.2~6.8로서, 그 이상에서는 진파랑색(blue-violet)을 띠고, 그 이하에서는 노란색을 띤다. 이러한 지시약을 pH 8.66에서 노란색 염료와 4:1의 부피비로 섞으면 BCP는 진파랑색, 그리고 노란색 염료는 녹색 계열을 노란색을 띠기 때문에 보색 관계에 의해 검정색을 띤다.
도 6a는 pH 변화에 따른 BCP의 색상 변화를 나타내며, 도 6b는 BCP의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다. 도 6a 및 6b에서 볼 수 있는 것처럼, BCP는 pH의 변화에 따라 색상이 노란색에서 진파랑색(보라색)으로 변하며, UV-vis 측정시 가시광선 파장대인 400~700nm 구간에서 pH 1.73일 때 400nm 근처, 그리고 pH 11.6일 때 600nm 근처에서 파장을 흡수하는 것을 확인하였다.
도 7a는 pH 변화에 따른 노란색 염료의 색상 변화를 나타내며, 도 7b는 노란색 염료의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다. 도 7a 및 7b에서 볼 수 있는 것처럼, 노란색 염료의 경우 pH 변화에 따라 색상 변화가 없음을 확인하였으며, UV-vis 측정 결과 가시광선 영역인 400~700nm 구간에서 pH에 따른 변화가 없음을 확인하였다.
도 8은 BCP와 노란색 염료를 부피비 4:1로 혼합하여 검은색의 혼합액을 만들고, 여기에 대상 분석 물질(analytes)로서 HCl을 첨가할 경우 pH 변화에 따라서 검정색에서 노란색을 띰을 확인할 수 있었다. 즉, HCl의 존재 여부를 육안으로 쉽게 검출할 수 있었다.
실시예 2에서는 pH 지시약으로는 MV(Methyl violet)과 염료로는 초록 염료(Green dye)를 이용하였다.
MV는 전이(transition) pH 범위가 0~1.6으로서, 그 이상에서는 진파랑색(blue-violet)을 띠고, 그 이하에서는 연녹색을 띤다. 이러한 지시약을 pH 8.31에서 녹색 계열의 초록 염료와 4:1의 부피비로 섞으면 MV는 진파랑색, 그리고 초록 염료는 밝은 녹색을 띠기 때문에 보색 관계에 의해 검정색을 띤다.
도 9a는 pH 변화에 따른 MV의 색상 변화를 나타내며, 도 9b는 MV의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다. 도 9a 및 9b에서 볼 수 있는 것처럼, MV는 pH의 변화에 따라 색상이 연녹색에서 진파랑색(보라색)으로 변하며, UV-vis 측정시 가시광선 파장대인 400~700nm 구간에서 pH -0.97일 때 430nm, 630nm 근처, 그리고 pH 4.06일 때 580nm 근처에서 파장을 흡수하는 것을 확인하였다.
도 10a는 pH 변화에 따른 초록 염료의 색상 변화를 나타내며, 도 10b는 초록 염료의 UV vis 스펙트럼을 나타낸다. 도 10a 및 10b에서 볼 수 있는 것처럼, 초록 염료의 경우 pH 변화에 따라 색상 변화가 없음을 확인하였으며, UV-vis 측정 결과 가시광선 영역인 400~700nm 구간에서 pH에 따른 변화가 없음을 확인하였다.
도 11은 MV와 초록 염료를 부피비 4:1로 혼합하여 검은색의 혼합액을 만들고, 여기에 대상 분석 물질(analytes)로서 HCl을 첨가할 경우 pH 변화에 따라서 검정색에서 녹색을 띰을 확인할 수 있었다. 즉, HCl의 존재 여부를 육안으로 쉽게 검출할 수 있었다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 분석 물질(analytes)의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약 및 상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료를 혼합한 색변환 감지부를 포함하고,
    상기 색변환 감지부의 무채색에서의 유채색으로의 색상 변화를 이용하여 분석 물질을 검출하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료는, 마젠타(magenta), 옐로우(yellow) 및 시안(cyan)의 3원색 염료를 조합하여 만들어지는 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 색변환 센서는 액체 상태 또는 수용액 상태의 시료에서 분석 물질을 검출하는 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 색변환 센서는 기체 상태의 시료에서 분석 물질을 검출하는 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 색변환 센서는 고체 상태의 시료에서 분석 물질을 검출하는 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 분석 물질(analytes)의 존재 유무에 따라 색상이 변하는 지시약 및 상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료를 혼합한 색변환 감지부를 복수개 포함하고,
    각각의 색변환 감지부의 각각의 무채색에서 유채색으로의 색상 변화를 이용하여 상이한 분석 물질의 존재 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    색변환 감지부에서 색의 변화가 일어나는지를 판단하는 식별부; 및
    상기 식별부에 의해 색의 변화가 일어날 경우 상태 변화를 출력하는 출력부를 추가로 포함하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 식별부는 색변환 감지부의 색상 변화 여부를 감지하는 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 지시약의 색상과 보색 관계에 있는 염료는, 마젠타(magenta), 옐로우(yellow) 및 시안(cyan)의 3원색 염료를 조합하여 만들어지는 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
  12. 삭제
  13. 제 1 항 내지 제 5 항, 제 8 항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 색변환 센서는 의료용 바이오 센서, 중금속 센서, 생물 분자 센서, 화학 분자 센서로 이용 가능한 것을 특징으로 하는,
    육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서.
KR20140058360A 2014-05-15 2014-05-15 육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서 KR101502277B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140058360A KR101502277B1 (ko) 2014-05-15 2014-05-15 육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서
US14/687,021 US20150330904A1 (en) 2014-05-15 2015-04-15 Colormetric sensor detecting analytes with visual examination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140058360A KR101502277B1 (ko) 2014-05-15 2014-05-15 육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101502277B1 true KR101502277B1 (ko) 2015-03-12

Family

ID=53027453

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20140058360A KR101502277B1 (ko) 2014-05-15 2014-05-15 육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150330904A1 (ko)
KR (1) KR101502277B1 (ko)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160144139A (ko) * 2015-06-08 2016-12-16 성균관대학교산학협력단 색변환 센서 및 이의 제조방법
KR20160145959A (ko) 2015-06-11 2016-12-21 성균관대학교산학협력단 색변환 혼합액 제조방법, 상기 색변환 혼합액을 이용한 색변환 센서 제조방법 및 이에 의하여 제조된 색변환 센서
KR20170014073A (ko) 2015-07-28 2017-02-08 성균관대학교산학협력단 검출 감도가 향상된 유해물질 검지용 필름 및 이의 제조방법
KR101773296B1 (ko) * 2016-05-11 2017-08-31 성균관대학교산학협력단 다중 검지가 가능한 색변환 센서
KR101834642B1 (ko) 2016-06-14 2018-03-05 성균관대학교산학협력단 기판에 고정화, 재분산 및 검지가 가능한 나노 입자 기반의 색변환 센서 및 이의 제조 방법
US10151757B2 (en) 2015-08-11 2018-12-11 Research & Business Foundation Sungkyunkwan University Achromatic colorimetric sensor using nano particles
KR102057526B1 (ko) 2017-08-03 2019-12-19 한양대학교 에리카산학협력단 어레이형 색변환 센서 및 이의 제조방법
KR20210086534A (ko) 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 젠라이프 피루베이트 색 센서, 피루베이트 변색 키트 및 이를 이용한 센싱 방법
KR20210086531A (ko) 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 젠라이프 글루코즈 색 센서, 글루코즈 변색 키트 및 이를 이용한 센싱 방법
KR20210086533A (ko) 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 젠라이프 락테이트 색 센서, 락테이트 변색 키트 및 이를 이용한 센싱 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200355617A1 (en) * 2017-11-27 2020-11-12 Trustees Of Tufts College Textile with optical dyes for sensing fluid-borne analytes
JP2022040031A (ja) * 2020-08-26 2022-03-10 台湾ナノカーボンテクノロジー股▲ふん▼有限公司 匂い分子に基づいて物流管理を行うシステム及び方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09249815A (ja) * 1996-03-14 1997-09-22 Ebara Corp ガス反応性色素を用いるガス検知材、該検知材を用いた検知方法および検知装置
JP2007528733A (ja) * 2003-09-10 2007-10-18 フレッシュサート・エルエルシー 食品媒介病原体センサおよび方法
KR20110092852A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 경원대학교 산학협력단 형광스위치용 나노 구조체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 형광표시센서

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1770399A4 (en) * 2004-12-03 2012-03-14 Arkray Inc INSPECTION INSTRUMENT
US20090111088A1 (en) * 2007-08-30 2009-04-30 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Rapid assessment of upper respiratory conditions

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09249815A (ja) * 1996-03-14 1997-09-22 Ebara Corp ガス反応性色素を用いるガス検知材、該検知材を用いた検知方法および検知装置
JP2007528733A (ja) * 2003-09-10 2007-10-18 フレッシュサート・エルエルシー 食品媒介病原体センサおよび方法
KR20110092852A (ko) * 2010-02-10 2011-08-18 경원대학교 산학협력단 형광스위치용 나노 구조체, 이의 제조방법, 이를 포함하는 형광표시센서

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
윤기수 외 2인, In: 제59회 전국과학전람회, 2013.07. *
윤기수 외 2인, In: 제59회 전국과학전람회, 2013.07.*

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101710266B1 (ko) * 2015-06-08 2017-02-24 성균관대학교산학협력단 색변환 센서 및 이의 제조방법
KR20160144139A (ko) * 2015-06-08 2016-12-16 성균관대학교산학협력단 색변환 센서 및 이의 제조방법
KR20160145959A (ko) 2015-06-11 2016-12-21 성균관대학교산학협력단 색변환 혼합액 제조방법, 상기 색변환 혼합액을 이용한 색변환 센서 제조방법 및 이에 의하여 제조된 색변환 센서
KR101797810B1 (ko) * 2015-06-11 2017-11-15 성균관대학교산학협력단 색변환 혼합액 제조방법, 상기 색변환 혼합액을 이용한 색변환 센서 제조방법 및 이에 의하여 제조된 색변환 센서
KR20170014073A (ko) 2015-07-28 2017-02-08 성균관대학교산학협력단 검출 감도가 향상된 유해물질 검지용 필름 및 이의 제조방법
US10151757B2 (en) 2015-08-11 2018-12-11 Research & Business Foundation Sungkyunkwan University Achromatic colorimetric sensor using nano particles
KR101773296B1 (ko) * 2016-05-11 2017-08-31 성균관대학교산학협력단 다중 검지가 가능한 색변환 센서
KR101834642B1 (ko) 2016-06-14 2018-03-05 성균관대학교산학협력단 기판에 고정화, 재분산 및 검지가 가능한 나노 입자 기반의 색변환 센서 및 이의 제조 방법
KR102057526B1 (ko) 2017-08-03 2019-12-19 한양대학교 에리카산학협력단 어레이형 색변환 센서 및 이의 제조방법
KR20210086534A (ko) 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 젠라이프 피루베이트 색 센서, 피루베이트 변색 키트 및 이를 이용한 센싱 방법
KR20210086531A (ko) 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 젠라이프 글루코즈 색 센서, 글루코즈 변색 키트 및 이를 이용한 센싱 방법
KR20210086533A (ko) 2019-12-31 2021-07-08 주식회사 젠라이프 락테이트 색 센서, 락테이트 변색 키트 및 이를 이용한 센싱 방법
KR20230148804A (ko) 2019-12-31 2023-10-25 주식회사 젠라이프 글루코즈 색 센서, 글루코즈 변색 키트 및 이를 이용한 센싱 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20150330904A1 (en) 2015-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101502277B1 (ko) 육안으로 분석 물질의 존재 여부를 용이하게 판단 가능한 색변환 센서
Grudpan et al. Applications of everyday IT and communications devices in modern analytical chemistry: a review
Sohrabi et al. Recent advances on portable sensing and biosensing assays applied for detection of main chemical and biological pollutant agents in water samples: A critical review
Li et al. Portable paper‐based device for quantitative colorimetric assays relying on light reflectance principle
Yogarajah et al. Detection of trace arsenic in drinking water: challenges and opportunities for microfluidics
Wang et al. based three-dimensional microfluidic device for monitoring of heavy metals with a camera cell phone
Kim et al. A wearable fingernail chemical sensing platform: pH sensing at your fingertips
KR101689125B1 (ko) 유해물질 검지 유니트 및 그 제조방법
Zilberman et al. Dissolved ammonia sensing in complex mixtures using metalloporphyrin-based optoelectronic sensor and spectroscopic detection
Czugala et al. CMAS: fully integrated portable centrifugal microfluidic analysis system for on-site colorimetric analysis
Prabpal et al. based heavy metal sensors from the concise synthesis of an anionic porphyrin: A practical application of organic synthesis to environmental chemistry
CN106442515B (zh) 一种简单的银离子目视定量检测方法
Steinberg et al. Miniaturised wireless smart tag for optical chemical analysis applications
Park et al. Disposable microfluidic sensor arrays for discrimination of antioxidants
Timbó et al. pH optical sensor based on thin films of sol–gel with bromocresol purple
Gavrilenko et al. Polymethacrylate optodes: A potential for chemical digital color analysis
Tagad et al. A miniaturized optical biosensor for the detection of Hg2+ based on acid phosphatase inhibition
KR101710266B1 (ko) 색변환 센서 및 이의 제조방법
Dias et al. μOPTO: A microfluidic paper-based optoelectronic tongue as presumptive tests for the discrimination of alkaloid drugs for forensic purposes
Shariati-Rad et al. Multivariate analysis of digital images of a paper sensor by partial least squares for determination of nitrite
Kant et al. Progress in the design of portable colorimetric chemical sensing devices
Safavi et al. Development of an optode membrane for high pH values
US11598766B2 (en) Chemical sensor
Zhang et al. A portable spectrophotometer for water quality analysis
JP3134499U (ja) 化学成分検出器

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180226

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190104

Year of fee payment: 5