KR20200097627A - Bio sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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KR20200097627A
KR20200097627A KR1020190134749A KR20190134749A KR20200097627A KR 20200097627 A KR20200097627 A KR 20200097627A KR 1020190134749 A KR1020190134749 A KR 1020190134749A KR 20190134749 A KR20190134749 A KR 20190134749A KR 20200097627 A KR20200097627 A KR 20200097627A
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biosensor
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마동희
이동엽
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a biosensor with improved detection performance and a method of manufacturing the same. The biosensor according to embodiments of the present invention includes: a substrate; a working electrode disposed on the substrate; and a reference electrode disposed on the substrate apart from the working electrode. The working electrode includes: a working electrode layer disposed on the upper surface of the substrate; an intermediation layer disposed on the upper surface of the working electrode layer and comprising an electron transport material and a polymer electrolyte; and an enzyme reaction layer disposed on the upper surface of the intermediation layer. The sensing performance for a material to be detected can be improved by dispersing and fixing the electron transport material at a high concentration in the intermediation layer.

Description

바이오 센서 및 이의 제조 방법{BIO SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Biosensor and its manufacturing method TECHNICAL FIELD [BIO SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 바이오 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 효소 반응층을 포함하는 바이오 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor and a method of manufacturing the same. More specifically, it relates to a biosensor including an enzyme reaction layer and a method of manufacturing the same.

인간의 평균 수명이 증가함에 따라, 헬스 케어 산업이 급속히 팽창하고 있다. 특히, 여러 가지 생체 신호들을 어디서든 편리하게 측정할 수 있는 휴대 가능한 소형 바이오 센서에 대한 요구가 점차 증가하고 있다.As the life expectancy of humans increases, the healthcare industry is expanding rapidly. In particular, there is a growing demand for a portable small biosensor that can conveniently measure various bio-signals anywhere.

종래의 바이오 센서는 체액(땀, 눈물, 혈액 등)에 포함된 화학종들과 반응하는 효소를 사용하였다. 상기 효소가 상기 화학종과 반응하여 전류가 발생하면, 이를 측정하여 해당 화학종의 농도를 측정한다.Conventional biosensors use enzymes that react with chemical species contained in body fluids (sweat, tears, blood, etc.). When the enzyme reacts with the chemical species to generate an electric current, it is measured to measure the concentration of the chemical species.

상기 효소의 반응에 의해 발생된 전자/정공을 바이오 센서의 집적 회로로 효율적으로 전달하기 위해서는, 전극 및 배선과 상기 효소 사이에 전자 수송층이 개재될 필요가 있다.In order to efficiently transfer electrons/holes generated by the reaction of the enzyme to the integrated circuit of the biosensor, an electron transport layer needs to be interposed between the electrode and the wiring and the enzyme.

예를 들면, 대한민국 공개특허공보 특2001-0110272호는 전자 수송층은 프러시안 블루를 전극 상에 전기도금하여 형성하는 컨셉을 개시하지만, 공정이 복잡하고 비효율적이다.For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0110272 discloses a concept in which an electron transport layer is formed by electroplating Prussian blue on an electrode, but the process is complex and inefficient.

대한민국 공개특허공보 특2001-0110272호Korean Patent Application Publication No. 2001-0110272

본 발명의 일 과제는 감지 성능이 향상된 바이오 센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a biosensor with improved detection performance.

본 발명의 일 과제는 감지 성능이 향상된 바이오 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a biosensor with improved detection performance.

1. 기판; 상기 기판 상에 배치되며, 상기 기판의 상면 상에 배치된 작업 전극층, 상기 작업 전극층의 상면 상에 배치되고, 전자 수송 물질 및 고분자 전해질을 포함하는 매개층, 및 상기 매개층의 상면 상에 배치된 효소 반응층을 포함하는 작업 전극; 및 상기 기판 상에서 상기 작업 전극과 이격되어 배치된 기준 전극을 포함하는, 바이오 센서.1. a substrate; A working electrode layer disposed on the substrate, disposed on an upper surface of the substrate, an intermediate layer disposed on the upper surface of the working electrode layer, and including an electron transport material and a polymer electrolyte, and an upper surface of the intermediate layer A working electrode comprising an enzyme reaction layer; And a reference electrode disposed to be spaced apart from the working electrode on the substrate.

2. 위 1에 있어서, 상기 전자 수송 물질은 철(Fe)의 시안화(cyanide) 착물을 포함하는, 바이오 센서.2. The biosensor according to the above 1, wherein the electron transport material contains a cyanide complex of iron (Fe).

3. 위 1에 있어서, 상기 전자 수송 물질은 프러시안 블루(Prussian blue), 포타슘 페리시아나이드(Potassium ferricyanide) 또는 포타슘 철 페로시아나이드(Potassium iron ferrocyanide) 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오 센서.3. The biosensor according to the above 1, wherein the electron transport material contains at least one of Prussian blue, potassium ferricyanide, or potassium iron ferrocyanide.

4. 위 1에 있어서, 상기 고분자 전해질은 나피온(Nafion) 또는 이의 유도체를 포함하는, 바이오 센서.4. The biosensor according to the above 1, wherein the polymer electrolyte contains Nafion or a derivative thereof.

5. 위 1에 있어서, 상기 효소 반응층은 산화 효소 또는 탈수소 효소를 포함하는, 바이오 센서.5. The biosensor according to the above 1, wherein the enzyme reaction layer contains oxidase or dehydrogenase.

6. 위 5에 있어서, 상기 산화 효소는 글루코오스 산화 효소, 콜레스테롤 산화 효소, 락테이트 산화 효소, 아스코빅산 산화 효소 또는 알코올 산화 효소 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 탈수소 효소는 글루코오스 탈수소 효소, 글루탐산 탈수소 효소, 락테이트 탈수소 효소 또는 알코올 탈수소 효소 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오 센서.6. In the above 5, wherein the oxidase contains at least one of glucose oxidase, cholesterol oxidase, lactate oxidase, ascorbic acid oxidase, or alcohol oxidase, and the dehydrogenase is glucose dehydrogenase, glutamic acid dehydrogenase , A biosensor comprising at least one of lactate dehydrogenase or alcohol dehydrogenase.

7. 위 1에 있어서, 상기 작업 전극층은 탄소 전극층을 포함하는, 바이오 센서.7. The biosensor according to the above 1, wherein the working electrode layer includes a carbon electrode layer.

8. 위 7에 있어서, 상기 작업 전극층은 상기 탄소 전극층의 저면 상에 배치된 금속 전극층을 더 포함하는, 바이오 센서.8. The biosensor according to the above 7, wherein the working electrode layer further comprises a metal electrode layer disposed on the bottom surface of the carbon electrode layer.

9. 위 1에 있어서, 상기 작업 전극층은 카본 페이스트 단일층인, 바이오 센서.9. The biosensor according to the above 1, wherein the working electrode layer is a single layer of carbon paste.

10. 위 1에 있어서, 상기 매개층에 포함된 상기 전자 수송 물질은 상기 작업 전극층 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 포함되는, 바이오 센서.10. The biosensor according to the above 1, wherein the electron transport material included in the intermediate layer is 0.1 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the working electrode layer.

11. 위 1에 있어서, 상기 매개층은 복층 구조를 포함하는, 바이오 센서.11. The biosensor according to the above 1, wherein the intermediate layer comprises a multilayer structure.

12. 위 1에 있어서, 상기 효소 반응층의 상면 상에 보호층을 더 포함하는, 바이오 센서.12. The biosensor according to the above 1, further comprising a protective layer on the upper surface of the enzyme reaction layer.

13. 위 1에 있어서, 상기 작업 전극의 측면을 둘러싸는 배리어를 더 포함하는, 바이오 센서.13. The biosensor according to the above 1, further comprising a barrier surrounding a side surface of the working electrode.

14. 위 13에 있어서, 상기 배리어의 두께는 상기 작업 전극의 두께보다 두꺼운, 바이오 센서.14. In the above 13, the thickness of the barrier is thicker than the thickness of the working electrode, the biosensor.

15. 위 13에 있어서, 상기 배리어는 상기 기준 전극의 측면을 둘러싸는, 바이오 센서.15. The biosensor according to the above 13, wherein the barrier surrounds a side surface of the reference electrode.

16. 기판 상에 서로 이격된 작업 전극층 및 기준 전극을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 상기 작업 전극층 및 상기 기준 전극 각각의 측면을 둘러싸는 절연층을 형성하는 단계; 상기 작업 전극층 상에 전자 수송 물질 및 고분자 전해질을 포함하는 매개층을 형성하는 단계; 및 상기 매개층 상에 효소 반응층을 형성하는 단계를 포함하는, 바이오 센서의 제조 방법.16. forming a working electrode layer and a reference electrode spaced apart from each other on the substrate; Forming an insulating layer surrounding each side of the working electrode layer and the reference electrode on the substrate; Forming an intermediate layer including an electron transport material and a polymer electrolyte on the working electrode layer; And forming an enzyme reaction layer on the mediator layer.

17. 위 16에 있어서, 상기 절연층은 상기 작업 전극층 및 상기 기준 전극 각각의 상면을 노출시키도록 형성되는, 바이오 센서의 제조 방법.17. The method of 16 above, wherein the insulating layer is formed to expose the upper surfaces of each of the working electrode layer and the reference electrode.

18. 위 16에 있어서, 상기 절연층은 상기 작업 전극층을 노출시키는 개구부를 포함하며, 상기 매개층 및 상기 효소 반응층은 상기 개구부 내부에 형성되는, 바이오 센서의 제조 방법.18. The method of 16 above, wherein the insulating layer includes an opening exposing the working electrode layer, and the intermediate layer and the enzyme reaction layer are formed inside the opening.

19. 위 18에 있어서, 상기 매개층의 두께 및 상기 효소 반응층의 두께의 합은 상기 개구부의 깊이보다 작은, 바이오 센서의 제조 방법.19. In the above 18, the sum of the thickness of the media layer and the thickness of the enzyme reaction layer is smaller than the depth of the opening, the method of manufacturing a biosensor.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서는 작업 전극층과 효소 반응층 사이에 전자 수송 물질 및 고분자 전해질을 포함하는 매개층이 개재된다. 고분자 전해질은 전자 수송 물질을 균일하게 분산 및 고정시킬 수 있다. 따라서, 매개층에 전자 수송 물질을 고농도로 포함시킬 수 있다.In the biosensor according to exemplary embodiments of the present invention, an intermediate layer including an electron transport material and a polymer electrolyte is interposed between the working electrode layer and the enzyme reaction layer. The polymer electrolyte can uniformly disperse and fix the electron transport material. Therefore, it is possible to include the electron transport material in a high concentration in the intermediate layer.

따라서, 감지 대상 물질에 대한 측정 농도 범위(감응 범위)를 확장할 수 있으며, 감지 속도를 향상시킬 수 있다.Accordingly, the measurement concentration range (sensitivity range) for the substance to be detected can be expanded, and the detection speed can be improved.

일부 실시예들에 따르면, 작업 전극층을 카본 페이스트 단일층으로 형성하여 작업 전극 및 바이오 센서를 박막화할 수 있다.According to some embodiments, the working electrode and the biosensor may be thinned by forming the working electrode layer as a single layer of carbon paste.

예시적인 실시예들에 따르면, 작업 전극을 배리어로 둘러쌈으로써, 매개층 및 효소 반응층의 분산을 억제할 수 있다. 이 경우, 매개층을 균일하게 형성하여 시료의 반복 측정 시의 전류량 산포를 감소시킬 수 있다.According to exemplary embodiments, by surrounding the working electrode with a barrier, dispersion of the mediator layer and the enzyme reaction layer may be suppressed. In this case, by uniformly forming the intermediate layer, it is possible to reduce the distribution of the amount of current during repeated measurement of the sample.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예 따른 바이오 센서의 제조 방법 중 일 단계를 설명하는 개략적인 단면도이다.
도 5는 실시예 및 비교예들에 따른 바이오 센서로 락트산 표준 용액의 전류 값을 측정한 그래프이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a biosensor according to exemplary embodiments of the present invention.
2 and 3 are schematic cross-sectional views illustrating a biosensor according to exemplary embodiments of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view illustrating a step in a method of manufacturing a biosensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a graph measuring the current value of a lactic acid standard solution with a biosensor according to Examples and Comparative Examples.

본 발명의 실시예들은 기판, 기판 상에 배치된 작업 전극 및 기판 상에서 작업 전극과 이격되어 배치된 기준 전극을 포함하며, 작업 전극은 기판 상면 상에 배치된 작업 전극층, 작업 전극층의 상면 상에 배치되고, 전자 수송 물질 및 고분자 전해질을 포함하는 매개층 및 매개층의 상면 상에 배치된 효소 반응층을 포함하는 바이오 센서를 제공한다. 매개층에 전자 수송 물질을 고농도로 분산 및 고정하여 감지 대상 물질에 대한 센싱 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들은 바이오 센서의 제조 방법을 제공한다.Embodiments of the present invention include a substrate, a working electrode disposed on the substrate, and a reference electrode disposed spaced apart from the working electrode on the substrate, and the working electrode is disposed on the working electrode layer disposed on the upper surface of the substrate, and the working electrode layer It provides a biosensor including an electron transport material and a medium layer including a polymer electrolyte and an enzyme reaction layer disposed on the upper surface of the medium layer. By dispersing and fixing the electron transport material at a high concentration in the intermediate layer, it is possible to improve the sensing performance of the material to be detected. In addition, embodiments of the present invention provide a method of manufacturing a biosensor.

이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, this is merely exemplary, and the present invention is not limited to the specific embodiments described by way of example.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서를 도시하는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a biosensor according to exemplary embodiments of the present invention.

도 1을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서(10)는 기판(100), 작업 전극(200) 및 기준 전극(300)을 포함한다. 작업 전극 (200)은 작업 전극층(210), 매개층(220) 및 효소 반응층(230)을 포함한다. 또한, 작업 전극(200)은 보호층(240)을 더 포함할 수 있으며, 기준 전극(300)은 보호층(310)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a biosensor 10 according to exemplary embodiments includes a substrate 100, a working electrode 200, and a reference electrode 300. The working electrode 200 includes a working electrode layer 210, an intermediate layer 220, and an enzyme reaction layer 230. In addition, the working electrode 200 may further include a protective layer 240, and the reference electrode 300 may further include a protective layer 310.

기판(100)은 작업 전극(200), 기준 전극(300) 등이 배치되는 기재로 제공될 수 있다.The substrate 100 may be provided as a substrate on which the working electrode 200 and the reference electrode 300 are disposed.

예를 들어, 기판(100)은 플렉서블 특성을 갖는 필름일 수 있다. 예를 들면, 상기 필름은 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 수지 또는 이들의 조합으로 형성된 필름을 포함할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 형성된 필름을 포함할 수 있다.For example, the substrate 100 may be a film having flexible characteristics. For example, the film may include polyester resins such as polyethylene terephthalate, polyethylene isophthalate, polyethylene naphthalate, and polybutylene terephthalate; Cellulose resins such as diacetyl cellulose and triacetyl cellulose; Polycarbonate resin; Acrylic resins such as polymethyl (meth)acrylate and polyethyl (meth)acrylate; Styrene resins such as polystyrene and acrylonitrile-styrene copolymer; Polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, polyolefin having a cyclo-based or norbornene structure, and ethylene-propylene copolymer; Vinyl chloride resin; Amide resins such as nylon and aromatic polyamide; Imide resin; Polyethersulfone resin; Sulfone resin; Polyether ether ketone resin; Sulfide polyphenylene resin; Vinyl alcohol resin; Vinylidene chloride resin; Vinyl butyral resin; Allylate resin; Polyoxymethylene resin; It may include a film formed of a thermoplastic resin such as an epoxy resin or a combination thereof. In addition, a film formed of a thermosetting resin such as (meth)acrylic, urethane, acrylic urethane, epoxy, silicone, or an ultraviolet curable resin may be included.

기판(100)의 두께는 적절히 결정될 수 있지만, 강도, 취급성, 작업성, 박층성 등을 고려하여, 1 내지 500㎛일 수 있다. 1 내지 300㎛가 바람직하고, 5 내지 200㎛가 보다 바람직하다.The thickness of the substrate 100 may be appropriately determined, but may be 1 to 500 μm in consideration of strength, handling, workability, and thin layer properties. It is preferably 1 to 300 µm, and more preferably 5 to 200 µm.

예를 들면, 상기 기판(100)에는 첨가제가 함유될 수 있다. 예를 들면, 첨가제는, 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 핵제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 포함할 수 있다.For example, the substrate 100 may contain an additive. For example, the additive may include an ultraviolet absorber, an antioxidant, a lubricant, a plasticizer, a release agent, an anti-coloring agent, a flame retardant, a nucleating agent, an antistatic agent, a pigment, a colorant, and the like.

일부 실시예들에 있어서, 상기 기판(100)은 필름의 일면 또는 양면에 기능성 층을 포함할 수 있다. 상기 기능성 층은 예를 들면, 하드코팅층, 반사방지층, 가스 배리어층 등을 포함할 수 있다.In some embodiments, the substrate 100 may include a functional layer on one or both sides of the film. The functional layer may include, for example, a hard coating layer, an antireflection layer, a gas barrier layer, and the like.

일부 실시예들에 있어서, 상기 기판(100)은 표면 처리될 수 있다. 예를 들면, 상기 표면 처리는 플라즈마(plasma) 처리, 코로나(corona) 처리, 프라이머(primer) 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리를 포함할 수 있다.In some embodiments, the substrate 100 may be surface-treated. For example, the surface treatment may include a chemical treatment such as a plasma treatment, a corona treatment, a dry treatment such as a primer treatment, and an alkali treatment including saponification treatment.

작업 전극(200)은 감지 대상 물질의 산화-환원 반응이 일어날 수 있다. 작업 전극(200)은 효소 반응층(230)의 효소와 감지 대상 물질의 반응에 의해 발생된 전기적 신호를 감지할 수 있다. 감지 대상 물질은 인체의 땀, 체액, 혈액 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The working electrode 200 may undergo an oxidation-reduction reaction of a material to be sensed. The working electrode 200 may detect an electrical signal generated by a reaction between an enzyme in the enzyme reaction layer 230 and a substance to be detected. The substance to be detected may be sweat, body fluid, blood, etc. of the human body, but is not limited thereto.

작업 전극층(210)은 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 작업 전극층(210)은 기판(100)에 접촉할 수 있다. 작업 전극층(210)은 감지 대상 물질의 산화-환원 반응에서 발생한 전자 또는 정공이 전달되는 통로로 제공될 수 있다.The working electrode layer 210 may be disposed on the substrate 100. For example, the working electrode layer 210 may contact the substrate 100. The working electrode layer 210 may be provided as a path through which electrons or holes generated in an oxidation-reduction reaction of a material to be sensed are transferred.

예시적인 실시예들에 있어서, 작업 전극층(210)은 탄소 전극층을 포함할 수 있다. 상기 탄소 전극층은 카본 페이스트(carbon paste)로 형성될 수 있다. 상기 탄소 전극층은 효소 반응층(230)에서 발생한 전자 및/또는 정공을 안정적으로 수송할 수 있다.In example embodiments, the working electrode layer 210 may include a carbon electrode layer. The carbon electrode layer may be formed of carbon paste. The carbon electrode layer may stably transport electrons and/or holes generated in the enzyme reaction layer 230.

예시적인 실시예들에 있어서, 작업 전극층(210)은 카본 페이스트 단일층으로 형성될 수 있다. 상기 카본 페이스트 층이 전극으로 제공됨으로써, 금속 전극이 생략될 수 있다. 따라서, 바이오 센서(10)를 박막화할 수 있다.In example embodiments, the working electrode layer 210 may be formed of a single layer of carbon paste. Since the carbon paste layer is provided as an electrode, the metal electrode may be omitted. Therefore, the biosensor 10 can be thinned.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서를 도시하는 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view showing a biosensor according to exemplary embodiments of the present invention.

도 2를 참조하면, 작업 전극층(210)은 금속 전극층(205) 및 탄소 전극층(215)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the working electrode layer 210 may include a metal electrode layer 205 and a carbon electrode layer 215.

일부 실시예들에 있어서, 금속 전극층(205)은 탄소 전극층(215)의 저면 상에 배치될 수 있다. 금속 전극층(205)은 기판(100)과 접촉할 수 있다. 탄소 전극층(215)은 매개층(220)과 접촉할 수 있다.In some embodiments, the metal electrode layer 205 may be disposed on the bottom surface of the carbon electrode layer 215. The metal electrode layer 205 may contact the substrate 100. The carbon electrode layer 215 may contact the intermediate layer 220.

일부 실시예들에 있어서, 금속 전극층(205)은 금속층 및 상기 금속층 상면 상에 배치된 금속 보호층을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 금속층 및 상기 금속 보호층은 기판(100) 및 탄소 전극층(215) 사이에 개재될 수 있다.In some embodiments, the metal electrode layer 205 may further include a metal layer and a metal protective layer disposed on an upper surface of the metal layer. In one embodiment, the metal layer and the metal protective layer may be interposed between the substrate 100 and the carbon electrode layer 215.

상기 금속 보호층은 전기 전도성을 가지면서 금속층의 상면을 전체적으로 덮을 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 보호층은 상기 금속층과 직접 접촉할 수 있다. 상기 금속 보호층은 작업 전극(200)의 산화-환원 반응으로 인해 상기 금속층이 산화-환원되는 것을 방지할 수 있다.The metal protective layer may have electrical conductivity and cover the entire upper surface of the metal layer. For example, the metal protective layer may directly contact the metal layer. The metal protective layer may prevent oxidation-reduction of the metal layer due to an oxidation-reduction reaction of the working electrode 200.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 금속층은 Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, APC 합금(Ag-Pd-Cu alloy)이 사용될 수 있다. 상기 금속층은 Au, Ag, APC 합금(Ag-Pd-Cu alloy) 및 Pt 중 적어도 하나만으로 형성될 수도 있다. 상기 Au, Ag, APC 합금(Ag-Pd-Cu alloy) 및 Pt는 작업 전극층(210)의 전기 전도성을 향상시키고 저항을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바이오 센서(10)의 검출 성능을 향상시킬 수 있다.In example embodiments, the metal layer may include at least one of Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd, and alloys thereof. For example, an APC alloy (Ag-Pd-Cu alloy) may be used. The metal layer may be formed of only at least one of Au, Ag, APC alloy (Ag-Pd-Cu alloy), and Pt. The Au, Ag, APC alloy (Ag-Pd-Cu alloy), and Pt may improve electrical conductivity and reduce resistance of the working electrode layer 210. Accordingly, it is possible to improve the detection performance of the biosensor 10.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 금속 보호층은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 금속 보호층은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)만으로 형성될 수 있다. 상기 ITO 및 IZO는 전기 전도성을 가지면서도 화학적으로 안정하여 상기 금속층을 산화-환원 반응으로부터 효과적으로 보호할 수 있다.In example embodiments, the metal protective layer may include Indium Tin Oxide (ITO) or Indium Zinc Oxide (IZO). For example, the metal protective layer may be formed of only Indium Tin Oxide (ITO) or Indium Zinc Oxide (IZO). The ITO and IZO are chemically stable while having electrical conductivity, so that the metal layer can be effectively protected from an oxidation-reduction reaction.

예를 들면, 상기 금속 보호층은 상기 금속층이 대기와 직접 접촉하는 것을 방지하여 상기 금속층을 구성하는 금속 성분의 산화를 방지할 수 있다. 따라서, 상기 금속층에 의해 감지되는 전기적 신호의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.For example, the metal protective layer may prevent the metal layer from directly contacting the atmosphere, thereby preventing oxidation of a metal component constituting the metal layer. Accordingly, it is possible to improve the reliability of an electrical signal sensed by the metal layer.

매개층(220)은 작업 전극층(210)의 상면 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 작업 전극층(210)의 상면 및 측면을 덮을 수 있다. 매개층(220)은 작업 전극층(210)을 바이오 센서(10)의 산화-환원 반응으로부터 보호할 수 있다.The intermediate layer 220 may be disposed on the upper surface of the working electrode layer 210. For example, the upper and side surfaces of the working electrode layer 210 may be covered. The intermediate layer 220 may protect the working electrode layer 210 from oxidation-reduction reaction of the biosensor 10.

매개층(220)은 전자 수송 물질 및 고분자 전해질을 포함할 수 있다. 매개층(220)은 효소 반응층(230)에서 발생한 전자 및/또는 정공을 신속하게 작업 전극층(210)으로 수송하여 효소 반응층(230)의 감지 대상 물질에 대한 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.The mediation layer 220 may include an electron transport material and a polymer electrolyte. The mediation layer 220 may rapidly transport electrons and/or holes generated in the enzyme reaction layer 230 to the working electrode layer 210 to improve the sensing performance of the enzyme reaction layer 230 for a material to be detected.

비교예에 있어서, 상기 전자 수송 물질을 카본 페이스트와 혼합하여 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 전자 수송 물질은 카본 페이스트에 불균일하게 분산될 수 있다. 예를 들면, 상기 전자 수송 물질은 상기 카본 페이스트 내에서 서로 응집될 수 있다. 또한, 전자 수송 물질을 페이스트에 혼합할 경우, 효소 반응층과 접촉하는 매개층의 상면 영역에 상기 전자 수송 물질의 농도가 불충분하게 배치될 수 있다. 따라서, 전자 수송 물질을 고농도로 적용하더라도, 바이오 센서(10)의 감응 범위가 증가하지 않거나, 오히려 감소할 수 있다. 또한, 상기 카본 페이스트는 상기 전자 수송 물질과 혼합된 상태에서 상기 전자 수송 물질의 산화환원 반응을 방해할 수 있다. 따라서, 바이오 센서(10)의 센싱 속도, 민감도 및 센싱 범위가 감소할 수 있다.In a comparative example, the electron transport material may be mixed with a carbon paste to be used. In this case, the electron transport material may be unevenly dispersed in the carbon paste. For example, the electron transport materials may aggregate with each other in the carbon paste. In addition, when the electron transport material is mixed with the paste, the concentration of the electron transport material may be insufficiently disposed in the upper surface area of the media layer in contact with the enzyme reaction layer. Therefore, even if the electron transport material is applied at a high concentration, the sensitivity range of the biosensor 10 may not increase or may decrease. In addition, the carbon paste may interfere with the redox reaction of the electron transport material in a state of being mixed with the electron transport material. Accordingly, the sensing speed, sensitivity, and sensing range of the biosensor 10 may be reduced.

상기 고분자 전해질은 상기 전자 수송 물질을 분산시키고 고정시킬 수 있다. 상기 고분자 전해질을 이용하여 상기 전자 수송 물질이 고르게 분산된 매개층(220)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 고분자 전해질은 고농도의 상기 전자 수송 물질을 매개층(220) 상에 균일하게 분산시킬 수 있다. 따라서, 상기 전자 수송 물질과 효소 반응층(230)이 접촉하는 면적이 증가하여, 효소 반응층(230)의 감지 농도의 상한을 향상시킬 수 있다.The polymer electrolyte may disperse and fix the electron transport material. The medium layer 220 in which the electron transport material is evenly dispersed may be formed using the polymer electrolyte. In addition, the polymer electrolyte may uniformly disperse the electron transport material having a high concentration on the medium layer 220. Accordingly, the contact area between the electron transport material and the enzyme reaction layer 230 increases, so that the upper limit of the detection concentration of the enzyme reaction layer 230 may be improved.

상기 전자 수송 물질은 예를 들면, 효소 반응층(230)에서 일어나는 감지 대상 물질의 산화-환원 반응에서 발생한 전자/정공을 수용하여 산화 또는 환원되는 물질을 포함할 수 있다. 상기 산화 또는 환원을 통해 전자/정공을 작업 전극층(210)으로 전달할 수 있다.The electron transport material may include, for example, a material that is oxidized or reduced by receiving electrons/holes generated in an oxidation-reduction reaction of a material to be detected in the enzyme reaction layer 230. Electrons/holes may be transferred to the working electrode layer 210 through the oxidation or reduction.

예시적인 실시예들에 있어서, 철(Fe)의 시안화 착물을 포함할 수 있다. 상기 철의 시안화 착물은 쉽게 산화 또는 환원될 수 있다. 따라서, 전자 및 정공을 용이하고 신속하게 수송할 수 있다.In exemplary embodiments, a cyanide complex of iron (Fe) may be included. The cyanide complex of iron can be easily oxidized or reduced. Thus, electrons and holes can be transported easily and quickly.

예를 들면, 감지 대상 물질은 효소 반응층(230)의 효소와 반응하여 과산화수소(H2O2)를 형성할 수 있으며, 바이오 센서(10)는 과산화수소를 분해하면서 발생하는 전류를 측정할 수 있다.For example, the detection target material may react with the enzyme of the enzyme reaction layer 230 to form hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and the biosensor 10 may measure a current generated while decomposing hydrogen peroxide. .

과산화수소는 높은 산화환원전위를 가질 수 있다. 비교예에 있어서, 철의 시안화 착물을 사용하지 않을 경우, 높은 전위에서 과산화수소를 분해하여야 한다. 이 경우, 과산화수소 이외의 다른 물질들이 같이 분해되어 전류를 발생시킬 수 있다. 따라서, 바이오 센서(10)의 선택성이 저하될 수 있다.Hydrogen peroxide can have a high redox potential. In the comparative example, when the cyanide complex of iron is not used, hydrogen peroxide must be decomposed at a high potential. In this case, materials other than hydrogen peroxide may be decomposed together to generate electric current. Accordingly, the selectivity of the biosensor 10 may be deteriorated.

예시적인 실시예들에 따르면, 철의 시안화 착물을 사용하여 과산화수소의 산화환원전위를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 보다 낮은 전위에서 과산화수소를 선택적으로 분해할 수 있다. 따라서, 바이오 센서(10)의 선택성을 향상시킬 수 있다.According to exemplary embodiments, the redox potential of hydrogen peroxide may be reduced by using a cyanide complex of iron. In this case, hydrogen peroxide can be selectively decomposed at a lower potential. Therefore, the selectivity of the biosensor 10 can be improved.

예를 들면, 상기 전자 수송 물질은 프러시안 블루(Prussian blue, Fe4[Fe(CN)6]3), 포타슘 페리시아나이드(Potassium ferricyanide, K3 [Fe(CN)6]) 또는 포타슘 철 페로시아나이드(Potassium iron ferrocyanide, KFeIII[FeII(CN)6]·xH2O) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 프러시안 블루는 청색 안료로서, 높은 산화성을 가질 수 있다. 전자 수송 물질로서 프러시안 블루를 작업 전극층(210) 상에 배치할 경우 작업 전극(200)의 전기적 감도를 향상시킬 수 있다.For example, the electron transport material is Prussian blue, Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 ), potassium ferricyanide (K 3 [Fe(CN) 6 ]), or potassium iron ferro. It may contain at least one of cyanide (Potassium iron ferrocyanide, KFeIII[FeII(CN) 6 ]·xH 2 O). For example, Prussian blue is a blue pigment and may have high oxidation properties. When Prussian blue is disposed on the working electrode layer 210 as an electron transport material, the electrical sensitivity of the working electrode 200 may be improved.

일부 실시예들에 있어서, 매개층(220)은 작업 전극층(210) 100 중량 대비 0.05 내지 1 중량으로 상기 전자 수송 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 매개층(220)이 전자 수송 물질을 고농도로 포함하여, 감지 대상 물질에 대한 감응 범위(예를 들면, 상한)를 증가시킬 수 있다. 전자 수송 물질의 함량이 상기 범위 미만일 경우 감지 대상 물질을 감지하는 범위가 감소할 수 있다. 전자 수송 물질의 함량이 상기 범위를 초과할 경우 전자 수송 물질이 서로 응집되어 센싱 성능이 감소할 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자 수송 물질은 상기 작업 전극층(210) 100 중량부 대비 0.1 내지 0.5 중량부로 포함될 수 있다.In some embodiments, the intermediate layer 220 may include the electron transport material in an amount of 0.05 to 1 weight based on 100 weight of the working electrode layer 210. Accordingly, the medium layer 220 may include the electron transport material at a high concentration, thereby increasing a sensitivity range (eg, an upper limit) for the material to be detected. When the content of the electron transport material is less than the above range, the range in which the sensing target material is sensed may be reduced. When the content of the electron transport material exceeds the above range, the electron transport materials aggregate with each other, and the sensing performance may decrease. Preferably, the electron transport material may be included in an amount of 0.1 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the working electrode layer 210.

상기 고분자 전해질은 캐스팅(casting)되어 적절한 강도의 필름을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 전자 수송 물질을 매개층(220) 내에 고정할 수 있다.The polymer electrolyte may be cast to form a film having an appropriate strength. Accordingly, the electron transport material may be fixed in the intermediate layer 220.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 고분자 전해질은 나피온(Nafion) 또는 이의 유도체를 포함할 수 있다. 상기 나피온 또는 이의 유도체는 상기 전자 수송 물질을 효과적으로 분산 및 고정할 수 있다.In example embodiments, the polymer electrolyte may include Nafion or a derivative thereof. The Nafion or a derivative thereof can effectively disperse and fix the electron transport material.

일부 실시예들에 있어서, 상기 전자 수송 물질과 상기 고분자 전해질을 혼합하여 매개층 형성용 조성물을 준비할 수 있다. 예를 들면, 상기 매개층 형성용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매는 물 또는 유기 용매를 포함할 수 있다. 상기 유기 용매는 에탄올 등의 알코올을 포함할 수 있으며, 상기 알코올은 상기 전자 수송 물질의 용해도 및 분산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 전자 수송 물질을 고농도로 적용할 수 있다.In some embodiments, a composition for forming an intermediate layer may be prepared by mixing the electron transport material and the polymer electrolyte. For example, the composition for forming the media layer may further include a solvent. The solvent may include water or an organic solvent. The organic solvent may include alcohol such as ethanol, and the alcohol may improve solubility and dispersibility of the electron transport material. Therefore, the electron transport material can be applied at a high concentration.

상기 전자 수송 물질은 상기 매개층 형성용 조성물 총 중량 중 0.05 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위에서 상기 전자 수송 물질이 상기 매개층 형성용 조성물 내에 실질적으로 균일하게 분산될 수 있으며, 매개층(220) 형성 시 우수한 전자 수송 능력을 확보할 수 있다. 바람직하게는, 상기 전자 수송 물질은 상기 매개층 형성용 조성물 총 중량 중 0.1 내지 0.3 중량%로 포함될 수 있다.The electron transport material may be included in an amount of 0.05 to 0.5% by weight of the total weight of the composition for forming the intermediate layer. In the above content range, the electron transport material may be substantially uniformly dispersed in the composition for forming the intermediate layer, and excellent electron transport ability may be secured when the intermediate layer 220 is formed. Preferably, the electron transport material may be included in an amount of 0.1 to 0.3% by weight of the total weight of the composition for forming the intermediate layer.

예를 들면, 상기 알코올은 매개층 형성용 조성물 100 중량부를 기준으로 30 내지 70 중량부로 포함될 수 있다. 보다 바람직하게는 40 내지 50 중량부로 포함될 수 있다.For example, the alcohol may be included in an amount of 30 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the composition for forming an intermediate layer. More preferably, it may be included in 40 to 50 parts by weight.

일부 실시예들에 있어서, 상기 매개층 형성용 조성물을 도포 및 건조하여 매개층(220)을 형성할 수 있다. 따라서, 전자 수송 물질이 균일하게 분산된 매개층(220)을 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 고분자 전해질로 고분자 층을 형성한 후, 상기 전자 수송 물질을 드랍 캐스팅(drop casting)하여 매개층(220)을 형성할 수도 있다.In some embodiments, the intermediate layer 220 may be formed by applying and drying the composition for forming the intermediate layer. Accordingly, it is possible to form the medium layer 220 in which the electron transport material is uniformly dispersed. In an embodiment, after forming the polymer layer with the polymer electrolyte, the intermediate layer 220 may be formed by drop casting the electron transport material.

예시적인 실시예들에 있어서, 매개층(220)은 복층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 복층 구조는 매개층(220) 복수개가 서로 접하여 적층된 것일 수 있다. 작업 전극(200)에 포함된 전자 수송 물질의 함량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 바이오 센서(10)의 감응 범위를 보다 증가시킬 수 있다.In example embodiments, the intermediate layer 220 may include a multilayer structure. For example, in the multilayer structure, a plurality of intermediate layers 220 may be stacked in contact with each other. The content of the electron transport material included in the working electrode 200 may be increased. Accordingly, the sensitive range of the biosensor 10 can be further increased.

효소 반응층(230)은 매개층(220) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 매개층(220)의 상면 상에 직접 접촉할 수 있다. 효소 반응층(230)은 감지 대상 물질에 포함되어 있는 감지 대상 물질의 화학 반응이 일어나는 층으로 제공된다.The enzyme reaction layer 230 may be disposed on the media layer 220. For example, it may directly contact the upper surface of the intermediate layer 220. The enzyme reaction layer 230 is provided as a layer in which a chemical reaction of a detection target material included in the detection target material occurs.

예시적인 실시예들에 있어서, 효소 반응층(230)은 산화 효소 또는 탈수소 효소를 포함할 수 있다. 산화 효소 및 탈수소 효소는 검사 대상 물질의 종류에 따라 선택될 수 있다.In example embodiments, the enzyme reaction layer 230 may include oxidative enzyme or dehydrogenase. Oxidase and dehydrogenase may be selected according to the type of substance to be tested.

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 산화 효소는 글루코오스 산화 효소(glucose oxidase), 콜레스테롤 산화 효소(cholesterol oxidase), 락테이트 산화 효소(cholesterol oxidase), 아스코빅산 산화 효소(ascorbic acid oxidase) 또는 알코올 산화 효소(alcohol oxidase) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the oxidative enzyme is glucose oxidase, cholesterol oxidase, lactate oxidase, ascorbic acid oxidase, or alcohol oxidase. It may contain at least one of (alcohol oxidase).

예시적인 실시예들에 있어서, 상기 탈수소 효소는 글루코오스 탈수소 효소(glucose dehydrogenase), 글루탐산 탈수소 효소(glutamate dehydrogenase), 락테이트 탈수소 효소(lactate dehydronase) 또는 알코올 탈수소 효소(alcohol dehydrogenase) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In exemplary embodiments, the dehydrogenase may include at least one of glucose dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, lactate dehydronase, or alcohol dehydrogenase. I can.

따라서, 글루코오스, 콜레스테롤, 락테이트, 아스코빅산, 알코올, 글루탐산 등의 농도를 측정할 수 있다.Therefore, the concentration of glucose, cholesterol, lactate, ascorbic acid, alcohol, glutamic acid, and the like can be measured.

예를 들면, 감지 대상 물질이 포함된 시료를 바이오 센서(10)에 주입하면, 시료에 포함되어 있는 감지 대상 물질이 산화 효소 또는 탈수소 효소와 반응하여 과산화수소 등의 부산물이 생성될 수 있다. 이때, 전자 수송 물질(예를 들면, 프러시안 블루)은 상기 부산물을 환원시키고, 자신은 산화될 수 있다. 산화된 전자 수송 물질은 일정 전압이 가해진 전극 표면에서 전자를 얻어 다시 환원될 수 있다. For example, when a sample containing a substance to be detected is injected into the biosensor 10, the substance to be detected may react with an oxidase or dehydrogenase to generate by-products such as hydrogen peroxide. In this case, the electron transport material (eg, Prussian blue) reduces the by-product, and itself may be oxidized. The oxidized electron transport material can be reduced again by obtaining electrons from the electrode surface to which a certain voltage is applied.

시료 내의 감지 대상 물질 농도는 전자 수송 물질이 산화되는 과정에서 발생되는 전류량에 비례한다. 따라서, 상기 전류량을 측정하여 감지 대상 물질 농도를 측정할 수 있다.The concentration of a substance to be detected in the sample is proportional to the amount of current generated in the process of oxidation of the electron transport substance. Accordingly, by measuring the amount of current, the concentration of the substance to be detected can be measured.

일부 실시예들에 있어서, 상기 산화 효소 또는 탈수소 효소는 바인더를 통해 고정될 수 있다. 상기 바인더는 당분야에서 통상적으로 사용되는 바인더를 포함할 수 있으며, 예를 들면, 나피온, 이의 유도체 또는 키토산을 포함할 수 있다.In some embodiments, the oxidative enzyme or dehydrogenase may be immobilized through a binder. The binder may include a binder commonly used in the art, and may include, for example, Nafion, a derivative thereof, or chitosan.

보호층(240)은 효소 반응층(230) 상에 배치될 수 있다. 예를 들면, 효소 반응층(230)의 상면 상에 직접 접촉할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 보호층(240)은 생략될 수 있다.The protective layer 240 may be disposed on the enzyme reaction layer 230. For example, it may be directly contacted on the upper surface of the enzyme reaction layer 230. In some embodiments, the protective layer 240 may be omitted.

보호층(240)은 효소 반응층(230)을 외부의 충격 및 상기 검사 대상 물질을 제외한 화학 물질으로부터 보호할 수 있다. 또한, 효소 반응층(230)의 산화 효소 또는 탈수소 효소가 외부 환경에 노출되는 것을 방지할 수 있다.The protective layer 240 may protect the enzyme reaction layer 230 from external impacts and chemical substances other than the test substance. In addition, it is possible to prevent the oxidative enzyme or dehydrogenase of the enzyme reaction layer 230 from being exposed to the external environment.

보호층(240)은 감지 대상 물질만을 통과시킬 수 있다. 따라서, 효소 반응층(230)이 측정 대상 성분 외의 타 물질에 의해 변성, 손상되는 것을 방지할 수 있다.The protective layer 240 may pass only the material to be detected. Accordingly, it is possible to prevent the enzyme reaction layer 230 from being denatured or damaged by substances other than the component to be measured.

보호층(240)은 감지 대상 물질을 통과시키는 것이라면, 당분야에서 통상적으로 사용되는 이온 교환막이 사용될 수 있으며, 나피온(Nafion) 또는 이의 유도체를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As long as the protective layer 240 passes a material to be detected, an ion exchange membrane commonly used in the art may be used, and may include Nafion or a derivative thereof, but is not limited thereto.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서를 도시하는 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view showing a biosensor according to exemplary embodiments of the present invention.

도 3을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서(30)는 작업 전극(200)의 측면을 둘러싸는 배리어(110)를 더 포함할 수 있다. 배리어(110)는 작업 전극(200)의 측면과 접촉하거나 작업 전극(200)의 측면에서부터 소정 거리 이격되어 형성될 수 있다. 배리어(110)는 기준 전극(300)의 측면을 둘러쌀 수 있다.Referring to FIG. 3, the biosensor 30 according to exemplary embodiments may further include a barrier 110 surrounding a side surface of the working electrode 200. The barrier 110 may be formed to be in contact with the side surface of the working electrode 200 or separated by a predetermined distance from the side surface of the working electrode 200. The barrier 110 may surround a side surface of the reference electrode 300.

배리어(110)는 절연체일 수 있다. 배리어(110)는 작업 전극(200)과 기준 전극(300) 사이에 격벽으로 제공되어 작업 전극(200)과 기준 전극(300)의 직접적 통전을 방지할 수 있다.The barrier 110 may be an insulator. The barrier 110 is provided as a partition wall between the working electrode 200 and the reference electrode 300 to prevent direct energization of the working electrode 200 and the reference electrode 300.

예를 들면, 배리어(110)는 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 배리어(110)는 작업 전극(200) 및 기준 전극(300)의 상면을 전체적으로 노출시킬 수 있다.For example, the barrier 110 may be formed on the substrate 100. The barrier 110 may entirely expose the upper surfaces of the working electrode 200 and the reference electrode 300.

예시적인 실시예들에 있어서, 배리어(110)는 작업 전극(200)의 매개층(220) 및/또는 효소 반응층(230)의 분산을 억제할 수 있다. 예를 들면, 매개층(220) 및/또는 효소 반응층(230)은 각각 소정의 점성을 갖는 액체 또는 겔(gel) 상태일 수 있다. 이 경우, 작업 전극층(210)상에 형성된 매개층(220) 및 효소 반응층(230)은 형상이 고정되지 않고 흘러내릴 수 있다. 매개층(220) 및 효소 반응층(230)의 적어도 일부가 흩어져서 기판(100) 상에 분산될 수 있다.In example embodiments, the barrier 110 may suppress dispersion of the intermediate layer 220 and/or the enzyme reaction layer 230 of the working electrode 200. For example, the mediation layer 220 and/or the enzyme reaction layer 230 may each be in a liquid or gel state having a predetermined viscosity. In this case, the media layer 220 and the enzyme reaction layer 230 formed on the working electrode layer 210 may flow down without being fixed in shape. At least a portion of the media layer 220 and the enzyme reaction layer 230 may be scattered and dispersed on the substrate 100.

따라서, 작업 전극층(210) 상에 잔류하는 매개층(220) 및 효소 반응층(230)의 양이 감소하고, 작업 전극층(210) 상에 매개층(220) 및 효소 반응층(230)이 불균일하게 형성될 수 있다. 예를 들면, 매개층(220) 및 효소 반응층(230)의 두께가 불균일하거나, 작업 전극층(210)의 상면의 적어도 일부분에 매개층(220) 및 효소 반응층(230)이 형성되지 않을 수 있다. 이 경우, 동일 농도의 시료를 측정하더라도, 측정 전류 값의 산포가 증가할 수 있다.Accordingly, the amount of the intermediate layer 220 and the enzyme reaction layer 230 remaining on the working electrode layer 210 decreases, and the intermediate layer 220 and the enzyme reaction layer 230 on the working electrode layer 210 are non-uniform. Can be formed. For example, the intermediate layer 220 and the enzyme reaction layer 230 may have a non-uniform thickness, or the intermediate layer 220 and the enzyme reaction layer 230 may not be formed on at least a portion of the upper surface of the working electrode layer 210. have. In this case, even if a sample having the same concentration is measured, the distribution of the measured current value may increase.

예시적인 실시예에 따르면, 작업 전극(200)의 측면을 배리어로 둘러쌀 경우, 매개층(220) 및 효소 반응층(230)의 분산을 억제할 수 있으며, 작업 전극층(210) 상에 매개층(220) 및 효소 반응층(230)을 균일하게 형성할 수 있다. 따라서, 측정 전류 값의 신뢰도 및 정확도를 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment, when the side of the working electrode 200 is surrounded by a barrier, dispersion of the intermediate layer 220 and the enzyme reaction layer 230 can be suppressed, and the intermediate layer on the working electrode layer 210 220 and the enzyme reaction layer 230 may be uniformly formed. Accordingly, the reliability and accuracy of the measured current value can be improved.

예시적인 실시예들에 있어서, 배리어(110)의 두께는 작업 전극(200)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이 경우, 시료가 작업 전극(200)의 상면 및 배리어(110)의 내측 벽면으로 형성된 리세스 내부에 공급될 수 있다. 따라서, 적은 양의 시료로도 바이오 센서를 구동할 수 있으며, 작업 전극(200) 상에 시료가 체류하는 시간이 증가하여 센싱 성능이 향상될 수 있다.In example embodiments, the thickness of the barrier 110 may be thicker than the thickness of the working electrode 200. In this case, the sample may be supplied into the recess formed by the upper surface of the working electrode 200 and the inner wall surface of the barrier 110. Accordingly, it is possible to drive the biosensor even with a small amount of the sample, and the time that the sample stays on the working electrode 200 increases, so that the sensing performance may be improved.

일부 실시예들에 있어서, 배리어(110)의 두께는 1 내지 40 ㎛일 수 있다. 상기 두께가 1 ㎛ 미만일 경우, 작업 전극(200)의 두께보다 얇아서 작업 전극(200)의 측면을 충분히 둘러싸지 못할 수 있다. 상기 두께가 40 ㎛ 초과일 경우, 바이오 센서의 두께를 불필요하게 증가시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 두께는 5 내지 30 ㎛일 수 있다.In some embodiments, the thickness of the barrier 110 may be 1 to 40 μm. When the thickness is less than 1 µm, it may not sufficiently surround the side surface of the working electrode 200 because it is thinner than the thickness of the working electrode 200. When the thickness exceeds 40 μm, the thickness of the biosensor may be unnecessarily increased. Preferably, the thickness may be 5 to 30 μm.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 기판(100) 상에 작업 전극층(210)을 형성하고, 작업 전극층(210) 상에 매개층(220)을 형성하고, 매개층(220) 상에 효소 반응층(230)을 형성함으로써, 작업 전극(200)을 제조할 수 있다.According to exemplary embodiments of the present invention, a working electrode layer 210 is formed on the substrate 100, an intermediate layer 220 is formed on the working electrode layer 210, and an enzyme is formed on the intermediate layer 220. By forming the reaction layer 230, the working electrode 200 can be manufactured.

작업 전극층(210)은 기판(100) 상에 카본 페이스트를 인쇄하거나, Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd 및 이들의 합금 중 적어도 하나를 포함하는 금속막을 형성한 후 이를 패터닝(patterning)하여 형성될 수 있다.The working electrode layer 210 prints a carbon paste on the substrate 100 or forms a metal film containing at least one of Au, Ag, Cu, Pt, Ti, Ni, Sn, Mo, Co, Pd, and alloys thereof. After that, it may be formed by patterning it.

상기 패터닝은 당분야에서 통상적으로 사용되는 패터닝 공법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 스크린 인쇄법 혹은 포토리소그라피(photolithography)를 사용할 수 있다.For the patterning, a patterning method commonly used in the art may be used. For example, screen printing or photolithography can be used.

작업 전극층(210)이 금속 보호층을 더 포함할 경우, 금속층을 먼저 패터닝한 후 상기 금속 보호층을 형성하거나, 상기 금속막 상에 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 도전성 산화물막을 형성한 후, 상기 금속막과 도전성 산화물막을 함께 패터닝하여 금속층 및 금속 보호층을 함께 형성될 수 있다.When the working electrode layer 210 further includes a metal protective layer, the metal layer is first patterned and then the metal protective layer is formed, or an ITO (Indium Tin Oxide) or IZO (Indium Zinc Oxide) conductive oxide film is formed on the metal layer. After formation, the metal layer and the metal protective layer may be formed together by patterning the metal layer and the conductive oxide layer together.

매개층(220)은 상기 전자 수송 물질 및 상기 고분자 전해질을 혼합한 조성물을 작업 전극층(210)에 도포한 후 건조하여 형성할 수 있다.The medium layer 220 may be formed by applying a composition in which the electron transport material and the polymer electrolyte are mixed on the working electrode layer 210 and then drying it.

상기 도포는 당분야에서 통상적으로 사용되는 도포법이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 각종 프린팅 방법이 사용될 수 있다.For the coating, a coating method commonly used in the art may be used, and for example, various printing methods may be used.

예시적인 실시예들에 있어서, 매개층(220)은 고분자 전해질을 포함하는 페이스트를 작업 전극층(210) 상에 도포 후 건조하여 고분자층을 먼저 형성한 후, 상기 고분자층에 전자 수송 물질을 첨가하여 형성될 수 있다.In example embodiments, the intermediate layer 220 is formed by first forming a polymer layer by applying a paste containing a polymer electrolyte on the working electrode layer 210 and drying it, and then adding an electron transport material to the polymer layer. Can be formed.

효소 반응층(230)은 예를 들면, 산화 효소 또는 탈수소 효소를 바인더와 혼합한 조성물을 매개층(220) 상에 도포한 후 건조하여 형성될 수 있다. 상기 바인더는 예를 들면, 키토산을 포함할 수 있다.The enzyme reaction layer 230 may be formed by, for example, applying a composition in which an oxidase or dehydrogenase is mixed with a binder on the media layer 220 and then dried. The binder may include chitosan, for example.

예시적인 실시예들에 있어서, 기준 전극(300)은 기판(100) 상에 배치될 수 있다. 기준 전극(300)은 기판(100)의 작업 전극(200)이 배치된 면과 같은 면에 배치될 수 있다. 기준 전극(300)은 작업 전극(200)과 이격되어 배치될 수 있다. 기준 전극(300)과 작업 전극(200)은 전기적으로 단절될 수 있다.In example embodiments, the reference electrode 300 may be disposed on the substrate 100. The reference electrode 300 may be disposed on the same surface as the surface of the substrate 100 on which the working electrode 200 is disposed. The reference electrode 300 may be disposed to be spaced apart from the working electrode 200. The reference electrode 300 and the working electrode 200 may be electrically disconnected.

기준 전극(300)은 측정 시 작업 전극(200)에서 측정되는 전류 값 또는 전위 값에 대한 기준치를 제공할 수 있다. 기준 전극(300)의 전위 값을 기준치로 하여 작업 전극(200)에서 일어나는 감지 대상 물질 산화-환원 반응을 특정할 수 있다.The reference electrode 300 may provide a reference value for a current value or a potential value measured by the working electrode 200 during measurement. Using the potential value of the reference electrode 300 as a reference value, an oxidation-reduction reaction of a substance to be sensed occurring in the working electrode 200 may be specified.

또한, 상기 전류 값의 기준치와 작업 전극(200)에서 측정되는 전류 값을 비교하여 순수하게 측정 대상 성분(예를 들면, 감지 대상 물질)에 의해 변화한 전류 량을 계산할 수 있으며, 상기 전류 량으로부터 측정 대상 성분의 농도를 도출할 수 있다.In addition, by comparing the reference value of the current value and the current value measured by the working electrode 200, the amount of current purely changed by the component to be measured (eg, the object to be detected) can be calculated, and from the amount of current The concentration of the component to be measured can be derived.

기준 전극(300)은 예를 들면, Ag/AgCl 전극 층을 포함할 수 있다. 상기 Ag/AgCl 전극 층은 Ag/AgCl 페이스트(paste)로부터 형성될 수 있다.The reference electrode 300 may include, for example, an Ag/AgCl electrode layer. The Ag/AgCl electrode layer may be formed from an Ag/AgCl paste.

일 실시예에 있어서, 기준 전극(300)의 상면 상에 보호층(310)이 배치될 수 있다. 보호층(310)은 기준 전극(300)을 외부 충격 및 환경으로부터 보호할 수 있다. 보호층(310)은 작업 전극(200)의 효소 반응층(230)상에 형성되는 보호층(240)과 동일하게 형성될 수 있다.In one embodiment, the protective layer 310 may be disposed on the upper surface of the reference electrode 300. The protective layer 310 may protect the reference electrode 300 from external impact and environment. The protective layer 310 may be formed in the same manner as the protective layer 240 formed on the enzyme reaction layer 230 of the working electrode 200.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예 따른 바이오 센서의 제조 방법 중 일 단계를 설명하는 개략적인 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view illustrating a step in a method of manufacturing a biosensor according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 작업 전극층(210)을 형성한 후, 매개층(220)을 형성하기 전에 기판(100) 상에 작업 전극층(210)의 측면을 둘러싸는 배리어(110)를 형성할 수 있다. 배리어(110)는 작업 전극층(210)의 측면으로부터 소정 거리 이격될 수 있다. 상기 이격된 공간에 매개층(220)이 개재될 수 있다.Referring to FIG. 4, after forming the working electrode layer 210, before forming the intermediate layer 220, a barrier 110 surrounding the side surface of the working electrode layer 210 may be formed on the substrate 100. . The barrier 110 may be spaced a predetermined distance from the side surface of the working electrode layer 210. The intermediate layer 220 may be interposed in the spaced apart space.

일부 실시예들에 있어서, 배리어(110)는 기준 전극(300)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 배리어(110)는 기준 전극(300)의 측면에 접촉할 수 있다.In some embodiments, the barrier 110 may surround a side surface of the reference electrode 300. The barrier 110 may contact the side surface of the reference electrode 300.

예시적인 실시예들에 있어서, 배리어(110)는 작업 전극층(210) 및 기준 전극(300)의 상면을 노출시킬 수 있다. 배리어(110) 중 작업 전극층(210)이 노출된 부분은 개구부(115)로 정의될 수 있다.In example embodiments, the barrier 110 may expose the upper surfaces of the working electrode layer 210 and the reference electrode 300. A portion of the barrier 110 to which the working electrode layer 210 is exposed may be defined as an opening 115.

예시적인 실시예들에 있어서, 배리어 형성용 조성물을 작업 전극층(210) 및 기준 전극(300)이 노출된 형태로 인쇄하여 배리어(110)를 형성할 수 있다. 상기 배리어 형성용 조성물은 열경화성 또는 광경화성 고분자를 포함할 수 있다. 상기 배리어 형성용 조성물은 광개시제, 경화제 등을 더 포함할 수 있다.In example embodiments, the barrier 110 may be formed by printing the composition for forming a barrier in a form in which the working electrode layer 210 and the reference electrode 300 are exposed. The composition for forming a barrier may include a thermosetting or photocurable polymer. The composition for forming a barrier may further include a photoinitiator, a curing agent, and the like.

예를 들면, 상기 열경화성 고분자는 30 내지 130 ℃ 온도에서 경화될 수 있다. 상기 광경화성 고분자는 200 내지 500 mJ/A 자외선(파장 315~400 nm)에 의해 경화될 수 있다.For example, the thermosetting polymer may be cured at a temperature of 30 to 130 °C. The photocurable polymer may be cured by 200 to 500 mJ/A ultraviolet (wavelength 315 to 400 nm).

상기 열경화성 고분자 및 상기 광경화성 고분자 아크릴계 고분자 화합물, 우레탄계 고분자 화합물, 아크릴계 폴리우레탄계 화합물, 에폭시계 화합물, 실리콘계 화합물, 폴리에스테르계 화합물, 폴리이미드계 화합물 등을 포함할 수 있다.The thermosetting polymer and the photocurable polymer acrylic polymer compound, a urethane polymer compound, an acrylic polyurethane compound, an epoxy compound, a silicone compound, a polyester compound, a polyimide compound, and the like may be included.

일부 실시예들에 있어서, 감광성 수지 조성물을 기판(100), 작업 전극층(210) 및 기준 전극(300) 상에 도포, 건조 및/또는 경화할 수 있다. 도포된 감광성 수지를 포토리소그래피를 통해 작업 전극층(210) 및 기준 전극(300)의 상면이 노출되도록 하여 배리어(110)를 제조할 수 있다.In some embodiments, the photosensitive resin composition may be applied, dried, and/or cured on the substrate 100, the working electrode layer 210, and the reference electrode 300. The barrier 110 may be manufactured by exposing the upper surfaces of the working electrode layer 210 and the reference electrode 300 to the applied photosensitive resin through photolithography.

예시적인 실시예들에 있어서, 개구부(115) 내부에 상기 매개층 형성용 조성물을 도포하여 매개층(220)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 효소 반응층 형성용 조성물을 도포하여 개구부(115) 내부의 매개층(220) 상에 효소 반응층(230)을 형성할 수 있다.In example embodiments, the intermediate layer 220 may be formed by applying the composition for forming the intermediate layer inside the opening 115. In addition, the enzyme reaction layer 230 may be formed on the media layer 220 inside the opening 115 by applying the composition for forming the enzyme reaction layer.

예시적인 실시예들에 있어서, 매개층(220)과 효소 반응층(230)의 두께의 합은 개구부(115)의 깊이보다 작을 수 있다. 이 경우, 배리어(110)가 작업 전극(200)보다 기판(100) 상부로 더 돌출될 수 있다. 따라서, 작업 전극(200)의 상면과 배리어(110)의 내측 벽면으로 형성된 리세스가 형성될 수 있다. 시료를 상기 리세스에 공급할 경우 시료의 사용 효율을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 매개층(220), 효소 반응층(230) 및 보호층(240)의 두께의 합이 개구부(115)의 깊이보다 작을 수 있다.In example embodiments, the sum of the thicknesses of the intermediate layer 220 and the enzyme reaction layer 230 may be smaller than the depth of the opening 115. In this case, the barrier 110 may protrude further above the substrate 100 than the working electrode 200. Accordingly, a recess formed by an upper surface of the working electrode 200 and an inner wall surface of the barrier 110 may be formed. When a sample is supplied to the recess, the use efficiency of the sample can be improved. In some embodiments, the sum of the thicknesses of the intermediate layer 220, the enzyme reaction layer 230, and the protective layer 240 may be smaller than the depth of the opening 115.

일부 실시예들에 있어서, 작업 전극(200) 및 기준 전극(300) 각각에 배선이 연결될 수 있다. 작업 전극(200)에 연결된 배선 및 기준 전극(300)에 연결된 배선은 서로 전기적으로 이격될 수 있다. 배선들은 구동 집적 회로(IC) 칩에 연결될 수 있다.In some embodiments, wires may be connected to each of the working electrode 200 and the reference electrode 300. The wiring connected to the working electrode 200 and the wiring connected to the reference electrode 300 may be electrically spaced apart from each other. The wirings may be connected to a driving integrated circuit (IC) chip.

예를 들면, 배선은 작업 전극(200)의 작업 전극층(210)과 동일한 소재로 형성될 수 있으며, 기준 전극(300)과 동일한 소재로 형성될 수 있다. For example, the wiring may be formed of the same material as the working electrode layer 210 of the working electrode 200, and may be formed of the same material as the reference electrode 300.

일부 실시예들에 있어서, 배선은 작업 전극(200) 및 기준 전극(300)과 일체로 형성될 수 있다. 기판(100) 상에 카본 페이스트 막 및/또는 금속 막을 형성하고 이를 패터닝함으로써 배선을 일체로 형성할 수 있다. 또는, 스크린 인쇄법을 통해 작업 전극층(210), 기준 전극(300) 및 배선을 일체로 형성할 수 있다.In some embodiments, the wiring may be integrally formed with the working electrode 200 and the reference electrode 300. The wiring may be integrally formed by forming a carbon paste film and/or a metal film on the substrate 100 and patterning the carbon paste film and/or metal film. Alternatively, the working electrode layer 210, the reference electrode 300, and the wiring may be integrally formed through a screen printing method.

작업 전극(200) 및 기준 전극(300)으로부터 측정된 전기적 신호가 배선을 통해 구동 IC 칩에 전달될 수 있으며, 구동 IC 칩이 측정 대상 성분의 농도를 계산할 수 있다.Electrical signals measured from the working electrode 200 and the reference electrode 300 may be transmitted to the driving IC chip through wiring, and the driving IC chip may calculate the concentration of the component to be measured.

예시적인 실시예들에 있어서, 매개층(220)은 탄소계 물질을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들면, 매개층(220)은 비-탄소계일 수 있다.In example embodiments, the intermediate layer 220 may not contain a carbon-based material. For example, the intermediate layer 220 may be non-carbon.

예시적인 실시예들에 따르면, 작업 전극층(210)은 전자 수송 물질을 포함하지 않을 수 있다. 상기 전자 수송 물질을 작업 전극층(210)으로부터 분리하여 매개층(220)에 도입함으로써, 작업 전극층(210)이 전극으로만 작용하도록 할 수 있다. 따라서, 별도의 전극(예를 들면, 금속 전극)을 생략할 수 있어, 작업 전극(200)을 박막화할 수 있다.According to example embodiments, the working electrode layer 210 may not include an electron transport material. By separating the electron transport material from the working electrode layer 210 and introducing it into the intermediate layer 220, the working electrode layer 210 may function only as an electrode. Therefore, a separate electrode (for example, a metal electrode) can be omitted, so that the working electrode 200 can be thinned.

예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서(10)는 락테이트(젖산) 측정에 사용될 수 있다. 예를 들면, 운동 중 운동 강도 및 시간이 증가함에 따라 체내 젖산 수치가 증가할 수 있다. 상기 젖산은 땀을 통해 체외로 배출될 수 있다. 바이오 센서(10)를 통해 배출된 젖산의 농도를 측정할 수 있다.The biosensor 10 according to exemplary embodiments may be used to measure lactate (lactic acid). For example, the level of lactate in the body may increase as the intensity and time of exercise increase during exercise. The lactic acid may be discharged from the body through sweat. The concentration of lactic acid discharged through the biosensor 10 may be measured.

예를 들면, 운동 중 젖산의 농도가 수십 mmol/L까지 증가할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따른 바이오 센서(10)는 전자 수송 물질이 균일하게 고농도로 포함된 매개층(220)을 포함하여, 젖산의 농도가 높더라도, 이를 정확하고, 신속하게 측정할 수 있다.For example, the concentration of lactic acid during exercise can increase to tens of mmol/L. The biosensor 10 according to the exemplary embodiments includes the media layer 220 in which the electron transport material is uniformly contained in a high concentration, so that even if the concentration of lactic acid is high, it can accurately and quickly measure it.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.Hereinafter, preferred embodiments are presented to aid the understanding of the present invention, but these examples are only illustrative of the present invention and do not limit the scope of the appended claims, and examples within the scope and spirit of the present invention It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible, and it is natural that such modifications and modifications fall within the scope of the appended claims.

실시예 1: 락테이트 센서의 제조Example 1: Preparation of lactate sensor

절연성 기재로 두께 180㎛ PET제 기판을 준비하였다.A PET substrate with a thickness of 180 μm was prepared as an insulating substrate.

상기 기판 위에 카본 페이스트(DS-7406CB, 대주전자재료 제)를 스크린 인쇄하여 작업 전극층을 형성하였다.A working electrode layer was formed by screen printing a carbon paste (DS-7406CB, made by Daeju Electronic Material) on the substrate.

작업 전극층으로부터 일정한 거리를 두고 Ag/AgCl(DBS-4585V, 대주전자재료 제)를 스크린 인쇄하여 기준 전극을 형성하였다. A reference electrode was formed by screen printing Ag/AgCl (DBS-4585V, made by Daeju Electronic Materials) at a certain distance from the working electrode layer.

기판 상에 아크릴계 폴리우레탄(DUMS-011GR, 대주전자재료 제)을 포함하는 배리어 형성용 조성물을 작업 전극층과 기준 전극이 노출된 형상으로 스크린 인쇄하고 건조 및 경화시켜 두께 30 ㎛의 배리어를 형성하였다.A barrier-forming composition including acrylic polyurethane (DUMS-011GR, made by Daeju Electronic Material) on a substrate was screen printed in a shape in which the working electrode layer and the reference electrode were exposed, dried and cured to form a barrier having a thickness of 30 μm.

5wt% 나피온(Nafion® perfluorinated resin solution, Sigma Aldrich 제)을 정제수로 희석하여 0.1 wt% 나피온을 준비하였다.0.1 wt% Nafion was prepared by diluting 5wt% Nafion (Nafion® perfluorinated resin solution, manufactured by Sigma Aldrich) with purified water.

프러시안 블루(Fe4[Fe(CN)6]3, Sigma Aldrich) 0.01g을 상기 0.1wt% 나피온 1mL, 에탄올 4.5 mL, 정제수 4.5 mL의 혼합 용액에 첨가한 후, 약 30분 동안 소니캐이션(sonication)하여 매개층 형성용 조성물을 제조하였다. 매개층 형성용 조성물 1.0 μL를 작업 전극에 적하한 후, 약 10분 동안 N2 분위기 에서 건조시켜 매개층을 형성하였다. Prussian blue (Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 , Sigma Aldrich) 0.01 g was added to the mixed solution of 0.1 wt% Nafion 1 mL, ethanol 4.5 mL, and purified water 4.5 mL, and then for about 30 minutes. The composition for forming an intermediate layer was prepared by sonication. 1.0 μL of the composition for forming an intermediate layer was added dropwise to the working electrode, and then dried in an N 2 atmosphere for about 10 minutes to form an intermediate layer.

상기 매개층 상에 락테이트 산화효소 시약층을 형성하였으며, 락테이트 산화효소 시약층은 다음과 같이 제조하였다. A lactate oxidase reagent layer was formed on the medium layer, and a lactate oxidase reagent layer was prepared as follows.

락테이트 산화효소 100U/10μL (TOYOBO 제, 10U/1μL stock solution 제조)에 1 wt% Glutaraldehyde(Glutaraldehyde solution, 25% in H2O, Sigma Aldrich 제) 6.75 μL을 첨가하여 고르게 혼합한 후, 0.5 wt% nafion 2.0 μL 과 PBS(Phosphate-Buffered Saline) buffer 6.25 μL를 첨가하여 고르게 혼합하여 효소 반응층 형성용 조성물을 제조하였다. 1 wt% Glutaraldehyde는 25% Glutaraldehyde solution을 PBS buffer로 희석하여 준비하였으며, 0.5 wt% 나피온은 5wt. % 나피온을 정제수로 희석하여 준비하였다. 상기 효소 반응층 형성용 조성물 2.0 μL를 매개층 위에 적하한 후, 약 10분 동안 N2 분위기에서 건조시켜 효소 반응층을 형성하였다.To 100U/10μL of lactate oxidase (manufactured by TOYOBO, manufactured by 10U/1μL stock solution), 6.75 μL of 1 wt% Glutaraldehyde (Glutaraldehyde solution, 25% in H 2 O, manufactured by Sigma Aldrich) was added and mixed evenly, 0.5 wt. % nafion 2.0 μL and PBS (Phosphate-Buffered Saline) buffer 6.25 μL were added and mixed evenly to prepare a composition for forming an enzyme reaction layer. 1 wt% Glutaraldehyde was prepared by diluting 25% Glutaraldehyde solution in PBS buffer, and 0.5 wt% Nafion was prepared by 5 wt. % Nafion was diluted with purified water to prepare. 2.0 μL of the composition for forming an enzyme reaction layer was added dropwise onto the media layer, and then dried in an N 2 atmosphere for about 10 minutes to form an enzyme reaction layer.

상기 효소 반응층의 표면은 상기 배리어의 표면보다 약 15㎛ 낮게 위치하였다.The surface of the enzyme reaction layer was located about 15 μm lower than the surface of the barrier.

비교예 1Comparative Example 1

절연성 기재로 PET제 기판(두께 180㎛)을 준비하였다A PET substrate (thickness 180 μm) was prepared as an insulating substrate.

기판 위에 카본 페이스트 100 중량부 기준으로 프러시안 블루가 3 중량부 포함된 페이스트(DS-7406CF, 대주전자재료 제)를 스크린 인쇄하여 작업 전극을 형성하였다.A working electrode was formed by screen printing a paste containing 3 parts by weight of Prussian blue on the substrate (DS-7406CF, made by Daejeon Electronic Material) based on 100 parts by weight of carbon paste.

작업 전극으로부터 일정한 거리를 두고 Ag/AgCl를 스크린 인쇄하여 기준 전극을 형성하였다.A reference electrode was formed by screen printing Ag/AgCl at a certain distance from the working electrode.

반응부 및 리드부를 제외한 부분에 절연층을 스크린 인쇄 하여 전극 손상 및 전극 취급성을 용이하게 하였다. The insulating layer was screen-printed on the part excluding the reaction part and the lead part to facilitate electrode damage and electrode handling.

계속해서, 절연층을 형성하지 않은 상기 작업 전극 반응부에 실시예 1과 동일한 방법으로 효소 반응층을 형성하였다.Subsequently, an enzyme reaction layer was formed in the same manner as in Example 1 in the working electrode reaction portion in which no insulating layer was formed.

실험예 1: 락트산 표준용액에 대한 전류 측정Experimental Example 1: Current measurement for lactic acid standard solution

실시예 1 및 비교예 1의 센서를 이용하여 락트산 표준용액의 전류를 측정하였다. 여기서, 상기 락트산 표준용액은 L-(+)-Lactic acid(Sigma Aldrich 제)를 사용하였다.The current of the lactic acid standard solution was measured using the sensors of Example 1 and Comparative Example 1. Here, as the lactic acid standard solution, L-(+)-Lactic acid (manufactured by Sigma Aldrich) was used.

PBS buffer 용액을 작업 전극과 기준 전극에 고르게 적하한 후, 400초 동안 -0.2 mV의 전압을 인가하여 전류를 안정화 시켰다.After evenly dropping the PBS buffer solution onto the working electrode and the reference electrode, a voltage of -0.2 mV was applied for 400 seconds to stabilize the current.

전류 안정화 후, 각각의 락트산 표준용액(1, 3, 5, 7 및 10mmol/L)을 작업전극과 기준전극에 고르게 적하하고, -0.2 mV의 전압을 인가하여 60초 후의 전류값을 측정하여 도 5의 그래프를 획득하였다.After current stabilization, each standard lactic acid solution (1, 3, 5, 7 and 10 mmol/L) was evenly dropped onto the working electrode and the reference electrode, and a voltage of -0.2 mV was applied to measure the current value after 60 seconds. A graph of 5 was obtained.

도 5를 참조하면, 비교예의 바이오 센서는 젖산 농도가 5mM을 초과할 경우, 젖산의 농도가 증가함에도 불구하고 전류값이 감소하였다. 즉, 젖산의 농도가 5mM을 초과할 경우 젖산 농도의 감지에 실패하였다. 실시예 1의 바이오 센서는 프러시안 블루의 함량이 비교예의 1/10에 불과하지만 비교예보다 넓은 감응 범위를 나타냈다. 예를 들면, 실시예 1의 센서는 젖산 농도 약 10mM까지 전류값이 증가하는 경향이 유지되었다.Referring to FIG. 5, in the biosensor of the comparative example, when the lactic acid concentration exceeds 5 mM, the current value decreases despite the increase in the lactic acid concentration. That is, when the concentration of lactic acid exceeds 5 mM, detection of the lactic acid concentration fails. The biosensor of Example 1 had a Prussian blue content of only 1/10 of that of the comparative example, but exhibited a wider response range than that of the comparative example. For example, the sensor of Example 1 maintained a tendency of increasing the current value to a lactic acid concentration of about 10 mM.

실시예 2Example 2

실시예 1에 있어서, 배리어의 높이를 1/2로 스크린 인쇄 하는 것을 제외하고는 같은 방법으로 바이오 센서를 제작하였다. In Example 1, a biosensor was fabricated in the same manner except for screen printing with a barrier height of 1/2.

실시예 3 Example 3

실시예 1에 있어서, 배리어 형성을 생략하여 실시예 3의 바이오 센서를 준비하였다.In Example 1, the biosensor of Example 3 was prepared by omitting barrier formation.

실험예 2: 전류 산포 평가Experimental Example 2: Evaluation of current distribution

실시예 1 및 실시예 2의 센서를 통해 실험예 1과 동일한 방법으로 각 농도에 대하여 5회씩 전류를 측정하였다.Current was measured 5 times for each concentration in the same manner as in Experimental Example 1 through the sensors of Example 1 and Example 2.

측정된 전류값으로부터 상대표준편차(RSD)를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.Relative standard deviation (RSD) was calculated from the measured current value and shown in Table 1 below.

구분division RSD(%)RSD(%) 젖산 농도(mM)Lactate concentration (mM) 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 1One 00 1919 5858 33 55 66 5555 55 44 2020 5454 77 66 1414 5858 1010 1One 00 5858

표 1을 참조하면, 작업 전극 및 기준 전극을 둘러싸는 배리어가 형성된 실시예 1의 경우 측정된 전류값의 RSD가 현저히 낮은 것이 확인되었다.Referring to Table 1, in the case of Example 1 in which a barrier surrounding the working electrode and the reference electrode was formed, it was confirmed that the RSD of the measured current value was significantly low.

10: 바이오 센서
100: 기판
200: 작업 전극 205: 금속 전극층
210: 작업 전극층 215: 탄소 전극층
220: 매개층 230: 효소 반응층
300: 기준 전극10: biosensor
100: substrate
200: working electrode 205: metal electrode layer
210: working electrode layer 215: carbon electrode layer
220: media layer 230: enzyme reaction layer
300: reference electrode

Claims (19)

기판;
상기 기판 상에 배치되며,
상기 기판의 상면 상에 배치된 작업 전극층,
상기 작업 전극층의 상면 상에 배치되고, 전자 수송 물질 및 고분자 전해질을 포함하는 매개층, 및
상기 매개층의 상면 상에 배치된 효소 반응층을 포함하는 작업 전극; 및
상기 기판 상에서 상기 작업 전극과 이격되어 배치된 기준 전극을 포함하는, 바이오 센서.
Board;
Disposed on the substrate,
A working electrode layer disposed on the upper surface of the substrate,
An intermediate layer disposed on the upper surface of the working electrode layer and comprising an electron transport material and a polymer electrolyte, and
A working electrode comprising an enzyme reaction layer disposed on an upper surface of the media layer; And
A biosensor comprising a reference electrode disposed on the substrate to be spaced apart from the working electrode.
청구항 1에 있어서, 상기 전자 수송 물질은 철(Fe)의 시안화(cyanide) 착물을 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 1, wherein the electron transport material comprises a cyanide complex of iron (Fe).
청구항 1에 있어서, 상기 전자 수송 물질은 프러시안 블루(Prussian blue), 포타슘 페리시아나이드(Potassium ferricyanide) 또는 포타슘 철 페로시아나이드(Potassium iron ferrocyanide) 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 1, wherein the electron transport material comprises at least one of Prussian blue, potassium ferricyanide, or potassium iron ferrocyanide.
청구항 1에 있어서, 상기 고분자 전해질은 나피온(Nafion) 또는 이의 유도체를 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 1, wherein the polymer electrolyte comprises Nafion or a derivative thereof.
청구항 1에 있어서, 상기 효소 반응층은 산화 효소 또는 탈수소 효소를 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor according to claim 1, wherein the enzyme reaction layer contains oxidase or dehydrogenase.
청구항 5에 있어서, 상기 산화 효소는 글루코오스 산화 효소, 콜레스테롤 산화 효소, 락테이트 산화 효소, 아스코빅산 산화 효소 또는 알코올 산화 효소 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 탈수소 효소는 글루코오스 탈수소 효소, 글루탐산 탈수소 효소, 락테이트 탈수소 효소 또는 알코올 탈수소 효소 중 적어도 하나를 포함하는, 바이오 센서.
The method of claim 5, wherein the oxidase comprises at least one of glucose oxidase, cholesterol oxidase, lactate oxidase, ascorbic acid oxidase, and alcohol oxidase,
The dehydrogenase includes at least one of glucose dehydrogenase, glutamic acid dehydrogenase, lactate dehydrogenase, and alcohol dehydrogenase.
청구항 1에 있어서, 상기 작업 전극층은 탄소 전극층을 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 1, wherein the working electrode layer comprises a carbon electrode layer.
청구항 7에 있어서, 상기 작업 전극층은 상기 탄소 전극층의 저면 상에 배치된 금속 전극층을 더 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 7, wherein the working electrode layer further comprises a metal electrode layer disposed on a bottom surface of the carbon electrode layer.
청구항 1에 있어서, 상기 작업 전극층은 카본 페이스트 단일층인, 바이오 센서.
The biosensor according to claim 1, wherein the working electrode layer is a single layer of carbon paste.
청구항 1에 있어서, 상기 매개층에 포함된 상기 전자 수송 물질은 상기 작업 전극층 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 포함되는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 1, wherein the electron transport material included in the intermediate layer is 0.1 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the working electrode layer.
청구항 1에 있어서, 상기 매개층은 복층 구조를 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 1, wherein the intermediate layer comprises a multilayer structure.
청구항 1에 있어서, 상기 효소 반응층의 상면 상에 보호층을 더 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor according to claim 1, further comprising a protective layer on the upper surface of the enzyme reaction layer.
청구항 1에 있어서, 상기 작업 전극의 측면을 둘러싸는 배리어를 더 포함하는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 1, further comprising a barrier surrounding a side surface of the working electrode.
청구항 13에 있어서, 상기 배리어의 두께는 상기 작업 전극의 두께보다 두꺼운, 바이오 센서.
The biosensor of claim 13, wherein the barrier has a thickness greater than that of the working electrode.
청구항 13에 있어서, 상기 배리어는 상기 기준 전극의 측면을 둘러싸는, 바이오 센서.
The biosensor of claim 13, wherein the barrier surrounds a side surface of the reference electrode.
기판 상에 서로 이격된 작업 전극층 및 기준 전극을 형성하는 단계;
상기 작업 전극층 및 상기 기준 전극 각각의 측면을 둘러싸는 배리어를 형성하는 단계;
상기 작업 전극층 상에 전자 수송 물질 및 고분자 전해질을 포함하는 매개층을 형성하는 단계; 및
상기 매개층 상에 효소 반응층을 형성하는 단계를 포함하는, 바이오 센서의 제조 방법.
Forming a working electrode layer and a reference electrode spaced apart from each other on a substrate;
Forming a barrier surrounding each side of the working electrode layer and the reference electrode;
Forming an intermediate layer including an electron transport material and a polymer electrolyte on the working electrode layer; And
Comprising the step of forming an enzyme reaction layer on the media layer, a method of manufacturing a biosensor.
청구항 16에 있어서, 상기 배리어는 상기 작업 전극층 및 상기 기준 전극 각각의 상면을 노출시키도록 형성되는, 바이오 센서의 제조 방법.
The method of claim 16, wherein the barrier is formed to expose upper surfaces of each of the working electrode layer and the reference electrode.
청구항 16에 있어서, 상기 배리어는 상기 작업 전극층을 노출시키는 개구부를 포함하며,
상기 매개층 및 상기 효소 반응층은 상기 개구부 내부에 형성되는, 바이오 센서의 제조 방법.
The method of claim 16, wherein the barrier comprises an opening exposing the working electrode layer,
The mediator layer and the enzyme reaction layer are formed inside the opening, a method of manufacturing a biosensor.
청구항 18에 있어서, 상기 매개층의 두께 및 상기 효소 반응층의 두께의 합은 상기 개구부의 깊이보다 작은, 바이오 센서의 제조 방법.The method of claim 18, wherein the sum of the thickness of the mediation layer and the thickness of the enzyme reaction layer is smaller than the depth of the opening.
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