KR20190009973A - 글루코스 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글루코스 센서에 관한 것이다.
글루코스 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 도전성의 전극부, 상기 전극부 상에 형성되어 있으며 상기 전극부의 감도를 높이는 프러시안 블루층(prussian blue layer) 및 상기 프러시안 블루층 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 전극부는 이종금속을 포함하는 단일층 구조를 가지며, 상기 전극부를 구성하는 이종금속 간의 표준 환원 전위의 차이는 0.05V 이상 0.5V 이하이다.
본 발명에 따르면, 글루코스 센서를 구성하는 전극부의 전기적인 감도를 높이는 프러시안 블루층에 의해 전극부를 구성하는 금속 성분이 부식되어 센서 성능이 저하되는 현상을 방지하거나 지연시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

글루코스 센서{GLUCOSE SENSOR}
본 발명은 글루코스 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전극부의 전기적인 감도를 높이는 프러시안 블루층에 의해 전극부를 구성하는 금속 성분이 부식되어 센서 성능이 저하되는 현상을 방지하거나 지연시킬 수 있는 글루코스 센서에 관한 것이다.
글루코스(glucose)는 대부분 유기체의 광범위한 영양 공급원이며, 에너지 공급, 탄소 저장, 생합성 및 탄소 골격 및 세포벽 형성의 기초적인 역할을 수행하는 성분으로서, 전위차 또는 전류 측정을 통해 글루코스의 농도를 측정하는 글루코스 센서에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.
글루코스 센서에 대한 대부분의 연구들은 글루코스의 글루코노락톤 (gluconolactone)으로의 산화를 촉진하는 글루코스 산화효소(glucose oxidase) 또는 글루코스 탈수소효소와 같은 효소의 고정에 기반을 두고 있다.
한편, 글루코스 센서와 관련한 종래 기술에 따르면, 전극의 전기적인 감도를 높이기 위해 전극 상에 프러시안 블루층(prussian blue layer)을 형성하는데, 이 프러시안 블루층은 산화성이 크기 때문에, 전극의 감도는 높아지나, 전극을 구성하는 금속 성분이 프러시안 블루층에 의해 산화되어 부식된다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1107506호(등록일자: 2012년 01월 12일, 명칭: 이산화티타늄-그래핀 복합체가 구비된 글루코스 센서)
본 발명은 전극부의 전기적인 감도를 높이는 프러시안 블루층에 의해 전극부를 구성하는 금속 성분이 부식되어 센서 성능이 저하되는 현상을 방지하거나 지연시킬 수 있는 글루코스 센서를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 글루코스 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 도전성의 전극부, 상기 전극부 상에 형성되어 있으며 상기 전극부의 감도를 높이는 프러시안 블루층(prussian blue layer) 및 상기 프러시안 블루층 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 전극부는 이종금속을 포함하는 단일층 구조를 가지며, 상기 전극부를 구성하는 이종금속 간의 표준 환원 전위의 차이는 0.05V 이상 0.5V 이하이다.
본 발명의 제2 측면에 따른 글루코스 센서는 기판, 상기 기판 상에 형성된 도전성의 전극부, 상기 전극부 상에 형성되어 있으며 상기 전극부의 감도를 높이는 프러시안 블루층 및 상기 프러시안 블루층 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고, 상기 전극부는 이층 구조를 가지며, 상기 전극부를 구성하는 상부층의 두께는 200nm 이상 10um 이하이다.
본 발명의 제2 측면에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전극부를 구성하는 상부층과 하부층은 단일금속으로 이루어지고, 상기 상부층을 이루는 금속과 상기 하부층을 이루는 금속 간의 표준 환원 전위의 차이는 0.05V 이상 0.5V 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제1 측면에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전극부가 이종금속을 포함하는 단일층 구조를 가지는 경우, 상기 전극부는 그래파이트(graphite), 백금(platinum), 티타늄(titanium), 은(silver), 니켈(nickel), 구리(copper), 주석(tin), 몰리브덴(molybdenum), 코발트(cobalt)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전극부가 이층 구조를 가지는 경우, 상기 전극부를 구성하는 상부층 또는 하부층은 그래파이트(graphite), 백금(platinum), 티타늄(titanium), 은(silver), 니켈(nickel), 구리(copper), 주석(tin), 몰리브덴(molybdenum), 코발트(cobalt)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 측면에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 전극부를 구성하는 상부층의 전기 음성도는 하부층의 전기 음성도보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 글루코스 센서는 상기 글루코스 반응부 상에 형성된 양이온 교환막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 양 측면에 따른 글루코스 센서에 있어서, 상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극부의 전기적인 감도를 높이는 프러시안 블루층에 의해 전극부를 구성하는 금속 성분이 부식되어 센서 성능이 저하되는 현상을 방지하거나 지연시킬 수 있는 글루코스 센서가 제공되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 글루코스 센서의 개념적 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 글루코스 센서의 개념적 단면도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2구성 요소는 제1구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 글루코스 센서의 개념적 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 글루코스 센서는 기판(10), 전극부(20), 프러시안 블루층(40), 글루코스 반응부(50) 및 양이온 교환막(60)을 포함한다.
기판(10)은 글루코스 센서를 구성하는 구성요소들의 구조적인 기지(base)를 제공한다.
예를 들어, 기판(10)은 경질 또는 연질 특성을 가질 수 있으며, 플렉서블 특성을 갖는 기재 필름의 형태로 구현될 수 있다. 구체적인 예로는, 기판(10)이 기재 필름의 형태로 구현되는 경우, 적용 가능한 기재 필름으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다. 이와 같은 투명 광학 필름의 두께는 적절히 결정될 수 있지만, 일반적으로는 강도나 취급성 등의 작업성, 박층성 등을 고려하여, 1 ∼ 500㎛로 결정될 수 있다. 특히 1 ∼ 300㎛가 바람직하고, 5 ∼ 200㎛가 보다 바람직하다.
이러한 기재 필름은 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수도 있다. 첨가제로는, 예컨대 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다. 기재 필름은 필름의 일면 또는 양면에 하드코팅층, 반사방지층, 가스배리어층과 같은 다양한 기능성층을 포함하는 구조일 수 있으며, 기능성층은 전술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 기능성층을 포함할 수 있다.
또한, 필요에 따라 기재 필름은 표면 처리된 것일 수 있다. 이러한 표면 처리로는 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 프라이머(primer) 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리 등을 들 수 있다.
전극부(20)는 기판(10) 상에 형성되어 있으며, 후술하는 글루코스 반응부(50)를 구성하는 물질과 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스의 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 감지한다. 예를 들어, 측정 대상 물질은 인체의 혈액, 땀, 체액 등일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
전극부(20)는 이종금속을 포함하는 단일층 구조를 가지며, 전극부(20)를 구성하는 이종금속 간의 표준 환원 전위의 차이는 0.05V 이상 0.5V 이하이다.
표준 환원 전위(standard reduction potential)는 25℃ 1기압의 표준 상태에서 환원 반응의 정도를 알기 위해 기준으로 삼은 전위이다. 표준 수소 전극을 산화 전극으로, 반응이 일어나는 전극을 환원 전극으로 설치하여 표준 환원 전위를 측정한다. 이러한 표준 환원 전위는 표준 수소 전극을 0.00V로 삼고 측정한 것이다. 환원 전극의 전위가 양의 값이면 수소 이온보다 환원성이 크고, 음의 값이면 수소 이온보다 환원성이 작으며, 이 값이 작을수록 산화성이 크므로 이온화 경향이 크다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 글루코스 센서에 있어서, 전극부(20)를 구성하는 이종금속 간의 표준 환원 전위의 차이가 0.05V 이상 0.5V 이하인 경우, 전극부(20)의 감도를 높이기 위해 구비된 프러시안 블루층(40)에 의해 전극부(20)가 산화되어 부식되는 현상을 줄일 수 있다. 프러시안 블루층(40)에 의한 전극부(20)의 산화에 의한 부식은 표준 환원 전위가 낮은 금속에서 먼저 발생하며 시간의 흐름에 따라 표준 환원 전위가 높은 금속 쪽에도 발생하게 된다. 여기서, 전극부(20)를 구성하는 이종금속 간의 표준 환원 전위의 차이를 0.05V 이상 0.5V 이하와 같이 상대적으로 작은 값을 갖도록 구성하면, 프러시안 블루층(40)에 의한 전극부(20)의 산화 개시 시점을 지연시킬 수 있다.
예를 들어, 전극부(20)가 이종금속을 포함하는 단일층 구조를 가지는 경우, 전극부(20)는 그래파이트(graphite), 백금(platinum), 티타늄(titanium), 은(silver), 니켈(nickel), 구리(copper), 주석(tin), 몰리브덴(molybdenum), 코발트(cobalt)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있으며, 전극부(20)에 적용 가능한 물질이 이에 한정되지는 않으며, 전기 전도성과 내부식성이 우수한 임의의 물질이 적용될 수 있다.
프러시안 블루층(40)은 전극부(20) 상에 형성되어 있으며, 전극부(20)의 전기적인 감도를 높이는 기능을 수행한다.
이러한 프러시안 블루층(40)은 헥사시아노철(II)산철(III)칼륨이 주성분인 청색 안료로서, 높은 산화성을 갖는다. 프러시안 블루층(40)을 전극부(20)와 글루코스 반응부(50) 사이에 형성하면, 전극부(20)의 감도를 향상시킬 수는 있지만, 프러시안 블루층(40)의 하부에 위치한 금속성의 전극부(20)가 산화되어 부식될 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예는 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 전극부(20)의 부식에 따른 센서 성능 저하를 방지하기 위하여, 전극부(20)를 앞서 설명한 바와 같이 구성하였다.
글루코스 반응부(50)는 프러시안 블루층(40) 상에 형성되어 있으며, 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스와 반응하는 구성요소이다.
예를 들어, 글루코스 반응부(50)는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함할 수 있다.
글루코스 반응부(50)에서의 반응 및 전극부(20)의 신호 감지 원리를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
측정 대상 물질인 시료를 글루코스 센서에 주입하면, 시료에 포함되어 있는 글루코스가 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소에 의하여 산화되고, 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소는 환원된다. 이때, 전자전달매개체는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 산화시키고, 자신은 환원된다. 환원된 전자전달매개체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 시료 내의 글루코스 농도는 전자전달매개체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 이 전류량을 측정함으로써 글루코스 농도를 측정할 수 있다.
양이온 교환막(60)은 글루코스 반응부(50) 상에 형성되어 있으며, 시료에 포함되어 있는 물질들 중에서 측정 대상성분만을 통과시킨다. 이러한 양이온 교환막(60)은 마이너스 전하를 띠고 있어, 양이온을 선택적으로 투과시키는 성질을 가지고 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 글루코스 센서의 개념적 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 글루코스 센서는 기판(10), 전극부(30), 프러시안 블루층(40), 글루코스 반응부(50) 및 양이온 교환막(60)을 포함한다.
기판(10)은 글루코스 센서를 구성하는 구성요소들의 구조적인 기지(base)를 제공한다.
제2 실시 예의 기판(10)의 구조 및 기능은 제1 실시 예의 기판(10)과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
전극부(30)는 이층 구조를 가지며, 전극부(30)를 구성하는 상부층(34)의 두께는 200nm 이상 10um 이하이다.
이와 같이, 프러시안 블루층(40)에 직접 접촉하는 상부층(34)이 200nm 이상 10um 이하의 두꺼운 두께를 갖도록 구성하면, 프러시안 블루층(40)에 의해 상부층(34)에 산화되어 부식되어도, 상부층(34)의 두꺼운 두께는 전극부(30)의 유의미한 수준의 성능 저하 시점을 지연시킬 수 있다.
예를 들어, 전극부(30)가 이층 구조를 가지는 경우, 전극부(30)를 구성하는 상부층(34)과 하부층(32)은 단일금속으로 이루어지고, 상부층(34)을 이루는 금속과 하부층(32)을 이루는 금속 간의 표준 환원 전위의 차이는 0.05V 이상 0.5V 이하로 구성될 수 있다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 글루코스 센서에 있어서, 전극부(30)를 구성하는 상부층(34)을 이루는 금속과 하부층(32)을 이루는 금속 간의 표준 환원 전위의 차이가 0.05V 이상 0.5V 이하인 경우, 전극부(30)의 감도를 높이기 위해 구비된 프러시안 블루층(40)에 의해 전극부(30)가 산화되어 부식되는 현상을 줄일 수 있다. 프러시안 블루층(40)에 의한 전극부(30)의 산화에 의한 부식은 표준 환원 전위가 낮은 금속에서 먼저 발생하며 시간의 흐름에 따라 표준 환원 전위가 높은 금속 쪽에도 발생하게 된다. 여기서, 전극부(20)를 구성하는 상부층(34)을 이루는 금속과 하부층(32)을 이루는 금속 간의 표준 환원 전위의 차이를 0.05V 이상 0.5V 이하와 같이 상대적으로 작은 값을 갖도록 구성하면, 프러시안 블루층(40)에 의한 전극부(20)의 산화 개시 시점을 지연시킬 수 있다.
예를 들어, 전극부(30)가 이층 구조를 가지는 경우, 전극부(30)를 구성하는 상부층(34) 또는 하부층(32)은 그래파이트(graphite), 백금(platinum), 티타늄(titanium), 은(silver), 니켈(nickel), 구리(copper), 주석(tin), 몰리브덴(molybdenum), 코발트(cobalt)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있으며, 전극부(30)를 구성하는 상부층(34) 또는 하부층(32)에 적용 가능한 물질이 이에 한정되지는 않으며, 전기 전도성과 내부식성이 우수한 임의의 물질이 적용될 수 있다.
예를 들어, 프러시안 블루층(40)에 의한 산화를 지연시키기 위하여 전극부(30)를 구성하는 상부층(34)의 전기 음성도는 하부층(32)의 전기 음성도보다 크도록 구성될 수 있다.
프러시안 블루층(40)은 전극부(30) 상에 형성되어 있으며, 전극부(30)의 전기적인 감도를 높이는 기능을 수행한다.
이러한 프러시안 블루층(40)은 헥사시아노철(II)산철(III)칼륨이 주성분인 청색 안료로서, 높은 산화성을 갖는다. 프러시안 블루층(40)을 전극부(30)와 글루코스 반응부(50) 사이에 형성하면, 전극부(30)의 감도를 향상시킬 수는 있지만, 프러시안 블루층(40)의 하부에 위치한 금속성의 전극부(30)가 산화되어 부식될 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예는 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 전극부(30)의 부식에 따른 센서 성능 저하를 방지하기 위하여, 전극부(30)를 앞서 설명한 바와 같이 구성하였다.
글루코스 반응부(50)는 프러시안 블루층(40) 상에 형성되어 있으며, 측정 대상 물질에 포함되어 있는 글루코스와 반응하는 구성요소이다.
예를 들어, 글루코스 반응부(50)는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함할 수 있다.
글루코스 반응부(50)에서의 반응 및 전극부(30)의 신호 감지 원리를 예시적으로 설명하면 다음과 같다.
측정 대상 물질인 시료를 글루코스 센서에 주입하면, 시료에 포함되어 있는 글루코스가 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소에 의하여 산화되고, 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소는 환원된다. 이때, 전자전달매개체는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 산화시키고, 자신은 환원된다. 환원된 전자전달매개체는 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 잃고 전기화학적으로 다시 산화된다. 시료 내의 글루코스 농도는 전자전달매개체가 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례하므로, 이 전류량을 측정함으로써 글루코스 농도를 측정할 수 있다.
양이온 교환막(60)은 글루코스 반응부(50) 상에 형성되어 있으며, 시료에 포함되어 있는 물질들 중에서 측정 대상성분만을 통과시킨다. 이러한 양이온 교환막(60)은 마이너스 전하를 띠고 있어, 양이온을 선택적으로 투과시키는 성질을 가지고 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 글루코스 센서를 구성하는 전극부의 전기적인 감도를 높이는 프러시안 블루층에 의해 전극부를 구성하는 금속 성분이 부식되어 센서 성능이 저하되는 현상을 방지하거나 지연시킬 수 있는 효과가 있다.
10: 기판
20, 30: 전극부
32: 하부층
34: 상부층
40: 프러시안 블루층
50: 글루코스 반응부
60: 양이온 교환막

Claims (8)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 도전성의 전극부;
    상기 전극부 상에 형성되어 있으며 상기 전극부의 감도를 높이는 프러시안 블루층(prussian blue layer); 및
    상기 프러시안 블루층 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고,
    상기 전극부는 이종금속을 포함하는 단일층 구조를 가지며,
    상기 전극부를 구성하는 이종금속 간의 표준 환원 전위의 차이는 0.05V 이상 0.5V 이하인, 글루코스 센서.
  2. 기판;
    상기 기판 상에 형성된 도전성의 전극부;
    상기 전극부 상에 형성되어 있으며 상기 전극부의 감도를 높이는 프러시안 블루층; 및
    상기 프러시안 블루층 상에 형성된 글루코스 반응부를 포함하고,
    상기 전극부는 이층 구조를 가지며,
    상기 전극부를 구성하는 상부층의 두께는 200nm 이상 10um 이하인, 글루코스 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전극부를 구성하는 상부층과 하부층은 단일금속으로 이루어지고,
    상기 상부층을 이루는 금속과 상기 하부층을 이루는 금속 간의 표준 환원 전위의 차이는 0.05V 이상 0.5V 이하인 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극부가 이종금속을 포함하는 단일층 구조를 가지는 경우,
    상기 전극부는 그래파이트(graphite), 백금(platinum), 티타늄(titanium), 은(silver), 니켈(nickel), 구리(copper), 주석(tin), 몰리브덴(molybdenum), 코발트(cobalt)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전극부가 이층 구조를 가지는 경우,
    상기 전극부를 구성하는 상부층 또는 하부층은 그래파이트(graphite), 백금(platinum), 티타늄(titanium), 은(silver), 니켈(nickel), 구리(copper), 주석(tin), 몰리브덴(molybdenum), 코발트(cobalt)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전극부를 구성하는 상부층의 전기 음성도는 하부층의 전기 음성도보다 큰 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 글루코스 반응부 상에 형성된 양이온 교환막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 글루코스 반응부는 글루코스 산화효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 글루코스 센서.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110448305A (zh) * 2019-07-18 2019-11-15 浙江荷清柔性电子技术有限公司 葡萄糖传感器用的微针式电极的制作方法及微针式电极
KR20200115285A (ko) * 2019-03-29 2020-10-07 동우 화인켐 주식회사 바이오 센서
CN113358726A (zh) * 2021-05-18 2021-09-07 北京大学第一医院 用于电化学方法检测肌酐的电极、试纸及其制备方法
CN114334223A (zh) * 2021-11-22 2022-04-12 北京大学 一种导电浆料及应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101107506B1 (ko) 2011-09-08 2012-01-31 한국지질자원연구원 이산화티타늄-그래핀 복합체가 구비된 글루코스 센서
KR20130084380A (ko) * 2012-01-17 2013-07-25 서강대학교산학협력단 고효율의 산화-환원 활성 전극 및 이의 제조방법
KR20130135605A (ko) * 2012-06-01 2013-12-11 주식회사 아이센스 정확도가 향상된 전기화학적 바이오센서

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101107506B1 (ko) 2011-09-08 2012-01-31 한국지질자원연구원 이산화티타늄-그래핀 복합체가 구비된 글루코스 센서
KR20130084380A (ko) * 2012-01-17 2013-07-25 서강대학교산학협력단 고효율의 산화-환원 활성 전극 및 이의 제조방법
KR20130135605A (ko) * 2012-06-01 2013-12-11 주식회사 아이센스 정확도가 향상된 전기화학적 바이오센서

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H Liu 등, analytica chimica acta, 1997, 344권, 페이지 187-199.(1997.12.31.)* *
J Zhu 등, sensors, 2002, 2권, 페이지 127-136.(2002.12.31.)* *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200115285A (ko) * 2019-03-29 2020-10-07 동우 화인켐 주식회사 바이오 센서
CN110448305A (zh) * 2019-07-18 2019-11-15 浙江荷清柔性电子技术有限公司 葡萄糖传感器用的微针式电极的制作方法及微针式电极
CN113358726A (zh) * 2021-05-18 2021-09-07 北京大学第一医院 用于电化学方法检测肌酐的电极、试纸及其制备方法
CN114334223A (zh) * 2021-11-22 2022-04-12 北京大学 一种导电浆料及应用
CN114334223B (zh) * 2021-11-22 2023-01-13 北京大学 一种导电浆料及应用

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