WO2018186635A1 - Binder composition containing biomaterial - Google Patents

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WO2018186635A1
WO2018186635A1 PCT/KR2018/003844 KR2018003844W WO2018186635A1 WO 2018186635 A1 WO2018186635 A1 WO 2018186635A1 KR 2018003844 W KR2018003844 W KR 2018003844W WO 2018186635 A1 WO2018186635 A1 WO 2018186635A1
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phage
peptide
composition
electrode
carbon material
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PCT/KR2018/003844
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이현정
이기영
강태형
최인석
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한국과학기술연구원
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    • G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
    • G01N27/327—Biochemical electrodes, e.g. electrical or mechanical details for in vitro measurements
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    • G01N33/554—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being a biological cell or cell fragment, e.g. bacteria, yeast cells

Definitions

  • the present invention relates to a binder composition comprising a biomaterial, and more particularly, to a binder composition for forming an electrode including a peptide having a binding ability to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed.
  • a lithium ion secondary battery largely depend on the electrode, electrolyte, and other battery materials used. Among them, interfacial peeling between the current collector and the active material due to external physical stimuli may cause deterioration and failure of the battery. Caused by. Therefore, in a flexible energy device, for example, a flexible secondary battery, it is introduced at an interface of each battery configuration such as between a flexible current collector and an active material, between an active material and a separator, or between active material particles in an active material layer to enhance adhesion by interface control. There is a need for the development of possible adhesives.
  • Solution-based processes such as coating processes or printing processes such as screen printing and inkjet printing, can be mass-produced as a solution process, can stack various materials by lamination, and can drastically reduce the number of processes. It is widely used for wearable sensors and energy device research due to various advantages such as no cost and no waste of materials, thereby reducing costs.
  • Nano carbon materials such as carbon nanotubes and graphene, have excellent electrical, mechanical and chemical properties, and are intended to be used for the aforementioned flexible electronic devices, flexible bio-electrodes, sensors and electrodes of flexible energy devices. Recently, research is being actively conducted.
  • Single-ply carbon nanotubes are spotlighted as one of the best materials for manufacturing wearable sensor devices due to their unique nano-sized tube structure and high mechanical, electrical and electrochemical properties.
  • single-walled carbon nanotubes show low dispersion stability in water-based inks, which presents many problems in manufacturing electronic devices through printing.
  • a method of dispersing a single carbon nanotube in water by applying a functional group through a chemical treatment or using a surfactant to prepare a single carbon nanotube ink is mainly used.
  • the functional group is applied through chemical treatment, the electrical and electrochemical properties of the carbon nanotubes are deteriorated by modifying the structure of the carbon nanotubes. Therefore, a method using a surfactant is mainly introduced in an area where the properties are important.
  • M13 phage has the advantage that the peptide on the surface has various kinds of functional groups and can easily control the types and characteristics of the functional groups.
  • a peptide sequence having a strong adhesion to the graffiti surface can be shown on the phage surface through a bio-panning process or genetic engineering control. By using these properties, it is possible to improve the bonding between carbon nanotubes and the adhesion to the substrate. Can be.
  • the present inventors completed the invention by developing carbon nanotube inks using biomaterials having such adhesive properties.
  • One aspect is to provide a binder composition comprising a peptide having a binding capacity to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed.
  • One aspect is to provide a peptide having a binding ability to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed, and a composition for electrode printing comprising a carbon material.
  • Another aspect is to provide a method of printing an electrode or a method of manufacturing a biosensor using the composition for electrode printing.
  • One aspect provides a peptide having a binding capacity to a carbon material or a binder composition comprising a phage and a carbon material on which the peptide is displayed, an electrode printing composition or a bioadhesive composition, or an adhesive composition for an electrochemical device.
  • Another aspect provides a peptide having a binding ability to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed, and an ink composition for inkjet printing comprising the carbon material.
  • composition for electrode printing or "ink composition for inkjet printing” is used in an inkjet printing process for directly patterning and patterning an electrode in liquid form in forming an electrode on a substrate.
  • composition may be meant. That is, the composition may be mounted on an inkjet printer and printed on a substrate through a nozzle of the printer.
  • Compositions according to one embodiment are distinguished from those laminated by lithography or the like on a substrate in the form of a sheet or film.
  • the composition may be in the form of a liquid.
  • the peptide or the peptide may include a solution including a phage displayed and a colloidal solution including the carbon material.
  • the peptide or the solution containing the phage displayed peptide may be the peptide or the phage is dispersed in the solution.
  • the solution in which the phage is dispersed may include phage at a concentration of 1 ⁇ 10 10 / ml to 1 ⁇ 10 15 / ml.
  • the solution in which the peptide is dispersed may be one containing the peptide at a concentration of 0.2 mg / ml to 4 mg / ml.
  • the colloidal solution may include carbon nanotubes (for example, single carbon nanotubes) at 1 ⁇ 10 10 / ml to 1 ⁇ 10 15 / ml.
  • the peptide or the phage dispersed solution and the colloidal solution may be mixed at a volume ratio of 1: 8 to 8: 1. More specifically, the carbon material and the phage may be mixed in a molar ratio of 20: 1 to 1:20.
  • composition according to one embodiment is printed on a substrate, for example inkjet printed and then dried to form an electrode.
  • the electrode may be an electrochemical device, for example, a biosensor device.
  • Carbon material of the electrode according to an embodiment formed as described above is enhanced the bonding force between the carbon material or the carbon material and the substrate.
  • the peptide or phage may promote the binding between the carbon material or the graffiti material to contribute to the structuring / stabilization of the carbon material or the graffiti material.
  • This is a concept distinct from the functionalization of graffiti material, which may mean that it is possible to form a network structure of the graffiti material.
  • the carbon material may, for example, exhibit increased stability in aqueous solution compared to not using the peptide or phage in which the peptide is displayed.
  • the peptide or phage to bind to the graffiti material may be to serve as a binder composition, or a bioadhesive.
  • bioadhesive or “binder composition” may mean that the peptide or phage promotes the bonding between a carbon material, for example, a graffiti material, or contributes to the adhesion properties of the graffiti material and the substrate. have.
  • the phage in which a peptide having a binding ability to a carbon material is displayed specifically binds to the carbon material, and thus, may be introduced at an interface of each component of an energy device or an electrochemical device to improve adhesion or interface properties.
  • the binder composition when the binder composition is introduced between the current collector and the active material of the energy device, the active material may be further attached to the current collector to coat the active material thickly.
  • the binder composition when the binder composition is introduced into the splitting material of the energy device, it is possible to prevent the interface peeling of the active material.
  • the binder composition according to one embodiment may be to improve the adhesive properties between the current collector and the active material of the electrochemical device, or between the active material and the separator, or to improve the interface properties of the active material.
  • the binder composition may be for electrode formation, flexible device, energy device or electrochemical device.
  • the energy element examples include a flexible battery, an alkaline battery, a dry battery, a mercury battery, a lithium battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, or a lithium ion polymer. It may include a secondary battery.
  • the carbon material or the graffiti material has no charge, so that a separate functionalization is required in order to attach an enzyme for a biosensor or the like, but the peptide or the phage having a binding capacity to the carbon material or the graffiti material is charged.
  • the enzyme may be integrally coupled in the network structure of the carbon material or the graticule material through the coating of the electrolyte.
  • the phage or peptide may be one that forms a junction of a plurality of carbon materials or graffiti materials.
  • the peptide may be two peptides are linked by a linker to connect two carbon materials or graffiti materials to each other.
  • the linker may be a peptide linker.
  • the peptide linker may use a variety of linkers known in the art, for example, may be a linker consisting of a plurality of amino acids. According to one embodiment, the linker may be, for example, a polypeptide consisting of 1 to 10 or 2 to 8 arbitrary amino acids.
  • the peptide linker may comprise Gly, Asn and Ser residues, and may also include neutral amino acids such as Thr and Ala. Suitable amino acid sequences for peptide linkers are known in the art.
  • the carbonaceous material may comprise a graphical material.
  • graphitic materials refers to a material having a surface on which carbon atoms are arranged in a hexagonal shape, that is, a graphitic surface. It can be included in graffiti materials regardless of their chemical, chemical or structural properties.
  • the graphitic materials include, for example, graphene sheets, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) sheets, single-walled carbon nanotubes and double-walled carbon nanotubes), carbon nanotubes such as multi-walled carbon nanotubes, or fullerenes.
  • the graphitic material may be a metallic, semiconducting or mixed material. For example, a mixture of graphene sheets and single layer carbon nanotubes may be used.
  • the peptide can be used without limitation so long as it is a peptide having a binding ability to a graft material, for example, a carbon material.
  • a graft material for example, a carbon material.
  • X 2 SX 1 AAX 2 X 3 P SEQ ID NO: 1
  • X 2 X 2 PX 3 X 2 AX 3 P SEQ ID NO: 2
  • SX 1 AAX 2 X 3 P SEQ ID NO: 3
  • It may be a peptide or peptide set comprising one or more selected from the group consisting of the amino acid sequence of 2 PX 3 X 2 AX 3 P (SEQ ID NO: 4).
  • the peptide may include conservative substitutions of the disclosed peptides.
  • the term "conservative substitution” refers to the substitution of a first amino acid residue with a second, different amino acid residue, wherein the first and second amino acid residues have side chains with similar biophysical characteristics. Can mean. Similar biophysical features may include the ability to provide or accept hydrophobicity, charge, polarity, or hydrogen bonding.
  • conservative substitutions include basic amino acids (arginine, lysine and histidine), acidic amino acids (glutamic acid and aspartic acid), polar amino acids (glutamine and asparagine), hydrophobic amino acids (leucine, isoleucine, valine and methionine), hydrophilic amino acids (aspart) Acids, glutamic acid, asparagine and glutamine), aromatic amino acids (phenylalanine, tryptophan, tyrosine and histidine), and small amino acids (glycine, alanine, serine and threonine). Amino acid substitutions that generally do not alter specific activity are known in the art.
  • X 1 may be W, Y, F or H
  • X 2 may be D, E, N or Q
  • X 3 may be I, L or V.
  • the peptide may be a peptide or a peptide set including at least one selected from the group consisting of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 5 to 11.
  • a peptide other than phage for example, a peptide containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12 can also be used.
  • the peptide may be two peptides linked through a linker (eg, SEQ ID NO: 10 or SEQ ID NO: 11).
  • the peptide may also be one comprising some sequence of phage coat protein, eg, 1 to 10 amino acid residues (eg SEQ ID NO: 11).
  • a contiguous amino acid sequence of the coat protein of the phage may be linked to the N-terminus or C-terminus of the amino acid sequence of the peptide or peptide set.
  • the peptide or set of peptides may comprise 5 to 60 amino acid sequences, 7 to 55 amino acid sequences, 7 to 40 amino acid sequences, 7 to 30 amino acid sequences, 7 to 20 amino acid sequences, or It may be 7 to 10 amino acid sequences.
  • the peptide or set of peptides may be an assembled (eg, self-assembly) peptide or set of peptides.
  • the peptide or peptide set may be composed of a structure of ⁇ -helix or ⁇ -sheet.
  • the peptide or set of peptides may enhance the binding between the graffiti materials such that the graffiti materials have a mesh structure.
  • Peptides that bind to the graphical material can be selected through a library of peptides, for example, through phage display techniques.
  • Phage display techniques allow peptides to be genetically linked, inserted or substituted into the phage coat protein and displayed outside of the phage, and the peptide can be encoded by genetic information in the virion.
  • Proteins of various variants can be screened and selected by the displayed protein and the DNA encoding it, which is referred to as "biopanning".
  • biopanning technique is unique by reacting phages with various variants displayed with immobilized targets (e.g., graffiti materials), washing unbound phages, and disrupting the binding interaction between phages and targets. And eluting the normally bound phage. A portion of the eluted phage can be left for DNA sequencing and peptide identification, and the remainder can be amplified in vivo and the sub library for the next round repeated to repeat the process.
  • the peptide may be displayed on the envelope protein of the phage.
  • a phage having a binding ability to the graffiti may include the peptide displayed on the envelope protein or fragment thereof of the phage.
  • phage or "bacteriophage” is used interchangeably and may refer to a virus that infects bacteria and replicates within bacteria. Phages or bacteriophages can be used to display peptides that selectively or specifically bind to graffiti or volatile organic compounds.
  • the phage may be genetically engineered such that a peptide having a binding ability to the gravimetric material is displayed on the envelope protein or fragment thereof.
  • genetic engineering or “genetically engineered” refers to one or more phages relative to the phage to display peptides having binding capacity to the graft material on the envelope proteins or fragments thereof. It may refer to the act of introducing a genetic modification or a phage made thereby.
  • the genetic modification includes the introduction of a foreign gene encoding the peptide.
  • the phage may be a filamentous phage, for example, M13 phage, F1 phage, Fd phage, If1 phage, Ike phage, Zj / Z phage, Ff phage, Xf phage, Pf1 phage or Pf3 It may be a phage.
  • phage display may refer to the display of functional foreign peptides or proteins on the surface of phage or phagemid particles.
  • the surface of the phage may refer to the envelope protein or fragment thereof of the phage.
  • the phage may also be linked to the C-terminus of the functional foreign peptide to the N-terminus of the phage coat protein, or the peptide is inserted between contiguous amino acid sequences of the phage coat protein or to the contiguous amino acid sequence of the coat protein. It may be a phage that is substituted a part of.
  • the position of the contiguous amino acid sequence into which the peptide is inserted or substituted into the envelope protein is 1-50 positions, 1-40 positions, 1-30 positions, 1-20 positions, and 1-to-N from the N-terminus of the coat protein. Position 10, positions 2 to 8, positions 2 to 4, positions 2 to 3, positions 3 to 4, or positions 2;
  • the envelope protein may be p3, p6, p8 or p9.
  • the C-terminus of the peptide of any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 12 may be linked to the N-terminus of p8 (SEQ ID NO: 18) 50 amino acids long present in the body of M13 phage.
  • the peptide of any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 12 is the amino acid sequence of position 2 to 4 of the coat protein p8 of M13 phage (ie EGD), position 2 to 3, position 3 to 4 Or may be linked in place of the amino acid sequence at position 2.
  • the phage can be arranged directionally on the surface of the carbon material using the filamentary structure of the gripping itself. For example, they may be arranged in a line in a specific direction, in which case the binding force between the peptide and the carbon material surface located in the envelope protein of the phage may be increased and aligned at the same time. Date-aligned phage can impart anisotropic functionalization to the surface of the carbon material, which is different from only isotropic or random functionalization when using only peptides.
  • the graphical material may comprise a network structure, and the enzyme may be included on the network structure, in the network structure and / or below the network structure.
  • the network structure may be formed through a binding complex of the graffiti material and the peptide or a binding complex of the graffiti material and the phage. Therefore, the internal structure of the graffiti material may have a percolated network structure.
  • percolated network may refer to a lattice structure composed of random conductive or non-conductive connections.
  • Another aspect includes printing the composition for electrode printing on a substrate, for example, inkjet printing; And it provides a method for printing an electrode comprising the step of drying the printed composition to form an electrode.
  • Another aspect includes printing the composition for electrode printing on a substrate, for example, inkjet printing; Drying the printed composition to form an electrode; And it provides a method for producing a biosensor comprising the step of forming an enzyme on the formed electrode.
  • composition for electrode printing or the ink composition for inkjet printing is as described above.
  • the enzyme may be an analyte binding material.
  • analyte binding materials or analyte binding reagents may be used interchangeably and may mean an analyte-specific binding material.
  • the binding substance may include a redox enzyme, which may refer to an enzyme for oxidizing or reducing a substrate, for example, oxidase, peroxidase, reductase, catalase or di Examples of such redox enzymes include blood sugar oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, glutamate oxidase, horseradish peroxidase (HRP), alcohol oxidase, glucose oxidase (GOx), glucose dehydrogenase Glucose dehydrogenase (GDH), cholesterol esterase, ascorbic acid oxidase ( may include ascorbic acid oxidase, alcohol dehydrogenase, laccase, tyrosinase, galacto
  • the method of printing the electrode or the method of manufacturing the biosensor may further include treating a polymer material on the formed electrode.
  • the composition according to one embodiment may not need a separate modification, but may be additionally modified with a positive charge polymer or a negative charge polymer to have a positive charge or a negative charge.
  • the positively charged polymer may include PAH (Poly (allyamine)), PDDA (Polydiallyldimethylammonium), PEI (Poly (ethyleneimine)), or PAMPDDA (Poly (acrylamide-co-diallyldimethylammonium).
  • Poly (vinyl sulfate) examples include PAA (Poly (acrylic acid)), PAM (Poly (acryl amide)), Poly (vinylphosphonic acid), PAAMP (Poly (2-acrylamido-2-methyl-1- propanesulfonic acid), PATS (Poly (anetholesulfonic acid)), or PVS (Poly (vinyl sulfate)).
  • the substrate may be a conductive substrate or an insulating substrate.
  • the electrode may be a first electrode, a second electrode, or a third electrode, and may be a working electrode, a counter electrode, or a reference electrode.
  • the electrode may further include an auxiliary electrode and a recognition electrode.
  • the binder composition by using a peptide or a phage having a strong binding force to the carbon material, for example, the graffiti surface, to enhance the binding force between the carbon material or the graffiti material, or the carbon material and the substrate, Alternatively, the contact property between the carbon material and the enzyme may be improved to implement a high performance energy device or a biosensor.
  • Example 1 is an image showing the difference in stability in the aqueous solution of the film produced using the bioadhesives (Preparation Examples 1 to 4) and the film prepared using the solution of Comparative Example 1 according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a spray image of a bioadhesive according to one embodiment.
  • Figure 3 is a graph showing the change in sheet resistance with time put in distilled water for the electrode produced by printing a bio-adhesive according to one embodiment (Production Example 1) and the electrode produced by printing a solution of Comparative Example 1.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an electrode for a biosensor printed using a bioadhesive according to one embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an electrode for multiple biosensors printed using a bioadhesive according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a graph showing a direct electron transfer peak of the glucose sensor according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a graph showing a redox curve according to the scanning speed of the glucose sensor according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing a redox peak current value according to a scanning speed of a glucose sensor according to one embodiment.
  • 9 is a graph showing redox curves according to glucose concentration of an all-printed glucose sensor according to one embodiment.
  • FIG. 10 is a graph showing a change in peak of a reduction current according to glucose concentration of an all-printed glucose sensor according to one embodiment.
  • 11 is a graph showing the detection performance of glucose in human serum or artificial tears of the glucose sensor according to one embodiment.
  • FIG. 12 is a graph showing a redox curve according to lactate concentration of the lactate sensor according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a graph illustrating a change in peak reduction current value according to lactate concentration of a lactate sensor according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 14 is a graph showing a change in current according to the addition of glucose and lactate of the multi-bio sensor according to an embodiment.
  • a bioadhesive solution was prepared by the following method.
  • Phosphorus (GP2) with M13 phage (GP1) and NPIQAVP (SEQ ID NO: 6) displayed with SWAADIP (SEQ ID NO: 5), a peptide having a strong binding force with the graffiti surface; was prepared by the following method.
  • M13HK vector was prepared by site-directed mutation of C, the 1381th base pair of M13KE vector (NEB, product # N0316S, SEQ ID NO: 13) into G.
  • the M13KE vector (NEB, product # N0316S) is a cloning vector M13KE consisting of DNA of 7222bp, and the genetic information is on the Internet site (https://www.neb.com/ ⁇ /media/NebUs/Page%).
  • the base sequence of the oligonucleotides (oligonucleotides) used for the site-specific mutations are as follows:
  • Phage display p8 peptide library was prepared using the restriction enzymes BspHI (NEB, product # R0517S) and BamHI restriction enzyme (NEB, product # R3136T) in the prepared M13HK vector.
  • nucleotide sequence of the oligonucleotide used in the preparation of the phage display p8 peptide library is as follows:
  • the base sequence of the prepared phage display p8 peptide library had a variety of 4.8 ⁇ 10 7 pfu (plaque form unit) branches and had about 1.3 ⁇ 10 5 copy numbers per sequence.
  • the phage display p8 peptide library prepared above was then bound to the graft surface by a bio-panning method to select phages displaying peptides for use as the biomaterials of the present invention.
  • the bio panning method is specifically as follows.
  • HOPG highly oriented pyrolytic graphite, SPI, product # 439HP-AB
  • SPI product # 439HP-AB
  • a material having a graffiti surface was peeled off before the experiment to obtain a fresh surface to minimize defects due to oxidation of the sample surface.
  • a relatively large HOPG substrate having a grain size of 100 ⁇ m or less was used as the HOPG substrate.
  • the prepared 4.8 ⁇ 10 10 phage display p8 peptide libraries (4.8 ⁇ 10 7 diversity, 1000 copies of each sequence) were prepared in 100 ⁇ l of Tris-Buffered Saline (TBS) buffer, followed by HOPG surface and 1
  • TBS Tris-Buffered Saline
  • the reaction was conjugated in a shaking incubator at 100 rpm. The solution was removed after 1 hour and then washed 10 times in TBS. Elution of weakly reacted peptides by reacting Tris-HCl at pH 2.2 as an acidic buffer for 8 minutes on the washed HOPG surface, followed by culture of XL-1 blue E. coli in mid-log state. Cultures were eluted for 30 minutes.
  • an aqueous solution is prepared by adding sodium cholate (sodium-cholate) as a surfactant to distilled water at a concentration of 1 or 2% w / v, and then using a single layer of carbon nanotubes (manufacturer: Nanointegris, SuperPure SWNTs, solution) Form, concentration: 250 ⁇ g / ml or 1000 ⁇ g / ml) was dialyzed for 48 hours to stabilize the single-walled carbon nanotubes with sodium cholate to prepare a colloidal solution.
  • sodium cholate sodium-cholate
  • a surfactant sodium-cholate
  • concentration 250 ⁇ g / ml or 1000 ⁇ g / ml
  • the formula of the number of single-layer carbon nanotubes included in the colloidal solution is as follows.
  • the number of single carbon nanotubes contained in the 1000 ⁇ g / ml colloidal solution is 3 ⁇ 10 14 / ml.
  • the number of single carbon nanotubes per volume was controlled using an aqueous sodium cholate solution of the same concentration as the dialyzed solution.
  • TBS Tris-Buffered saline
  • the M13 phage (GP1) having a surface and a strong bonding force of the material in our tick buffer was dispersed at a concentration of 6X10 13 gae / ml.
  • the graffiti material and M13 phage (GP1) were mixed in a molar ratio of 10: 1.
  • the number of M13 particles contained in the M13 phage solution was calculated by the following empirical formula.
  • a 269nm and A320 nm represents the absorbance of the solution at the wavelength of the light, 269 nm and 320 nm.
  • Phage-derived peptides that specifically bind to the graft surface were chemically synthesized (Peptron, Inc.) and prepared at a concentration of 1 mg / mL. Phage-derived peptides were specifically used three.
  • Peptide SEQ ID NO: 9 ADSWAADIPDPA
  • Peptide SEQ ID NO: 10 ADSWAADIPDPAGGG ADSWAADIPDPA
  • Preparation Example 3 linking two peptide SEQ ID NO: 9 (Preparation Example 3), and part of the phage (KAA)
  • Peptide SEQ ID NO: 11 ADSWAADIPDPAKAAGGGADSWAADIPDPAKAA
  • the two peptide sequences were linked with a linker, allowing each peptide to bind to one graffiti material and consequently to connect two graffiti materials.
  • 1 mL of the peptides of SEQ ID NOS: 9 to 11 and 1 mL of a single carbon nanotube colloidal solution (3.0 X 10 14 / mL) prepared by the method described in Preparation Example 1 were mixed.
  • Bioadhesives prepared in Preparation Examples 1 to 4 (using 1000 ⁇ g / ml of single layer carbon nanotubes and 1 w / v% of sodium cholate) and colloidal solutions (1000 ⁇ g / ml of single layer carbon nanotubes, sodium) prepared in Comparative Example 1 5 ⁇ L was added to a commercially available Polyethylene terephthalate (PET) film using an ink containing only cholate 1 w / v%), and dried in distilled water to check the change after 6 minutes. The stability of was evaluated, and the results are shown in FIG.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • the film produced using the bioadhesives prepared in Preparation Examples 1 to 4 was confirmed to maintain the existing shape in distilled water, whereas the film produced using the colloid prepared in Comparative Example 1 was distilled water. It melted in the existing shape was found to have collapsed a lot. As a result, it can be seen that the single carbon nanotube film produced using the bioadhesive shows high stability in aqueous solution.
  • Bioadhesive prepared in Preparation Example 1 using 250 ⁇ g / ml single carbon nanotube, 2 w / v% sodium cholate) and colloidal solution prepared at Comparative Example 1 (250 ⁇ g / ml single carbon nanotube, sodium cholate 2
  • a sensor electrode was manufactured by printing five or ten times on photo paper glossy 210 ⁇ m (Hansol) which is commercially available using an ink containing only w / v%).
  • the jet image of the ink including the bioadhesive is shown in FIG. 2.
  • the electrode pattern was put in distilled water at a predetermined time interval and the sheet resistance was measured to evaluate the stability in the aqueous solution of the electrical conductivity characteristics of the electrode.
  • the sheet resistance was measured by Van der Pauw method, and the results are shown in FIG. 3.
  • the bioadhesive prepared in Preparation Example 1 was printed on photo paper glossy 210 ⁇ m (Hansol) which is commercially available through an inkjet printing method.
  • the shape of the printed biosensor is shown in FIG.
  • the electrode for the biosensor includes a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode.
  • PEI polyethyleneimine
  • the electrode for a biosensor was printed in the same manner as in Preparation Example 5. Then, 5 ⁇ L of 5 w / v% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution was dropped on the working electrode of the printed electrode and dried. After drying was completed, excess PEI was washed off with distilled water. 5 ⁇ L of an aqueous lactate oxidase enzyme (LOx) solution at a concentration of 100 mg / ml was further dropped on the working electrode and dried to prepare a third generation lactate sensor.
  • PEI polyethyleneimine
  • LOx lactate oxidase enzyme
  • An electrode was printed in the shape of FIG. 4 using the bioadhesive in the same manner as in Preparation Example 5. Then, PEI 5 w / v% solution was printed on the working electrode through the inkjet printing method and dried. After drying was completed, excess PEI was washed off with distilled water. An all-printed third generation glucose sensor was prepared by printing a 100 mg / ml concentration of GOx enzyme solution 10 times on the working electrode.
  • the ink containing the bioadhesive prepared in Preparation Example 1 was printed on photo paper glossy 210 ⁇ m (Hansol), which is commercially available through an inkjet printing method, to print electrodes for multiple biosensors.
  • the shape of the printed multiple biosensor is shown in FIG. 5.
  • an electrode for multiple biosensors is composed of two working electrodes and one counter electrode.
  • the PEI 5 w / v% solution was dropped on two working electrodes and dried. After drying was completed, excess PEI was washed off with distilled water. 5 ⁇ L of an aqueous solution of GOx enzyme at a concentration of 100 mg / ml and 5 ⁇ L of an aqueous solution of LOx enzyme at a concentration of 100 mg / ml were dropped on each electrode shown in FIG. 5 and dried to prepare a multi biosensor capable of measuring glucose and lactate. It was.
  • the manufactured glucose sensor showed strong redox peaks on Cyclic voltammetry (CV) in the range of about -400 mV compared to the Ag / AgCl reference electrode (3 M KCl saturated, PAR, K0260). have.
  • CV Cyclic voltammetry
  • the direct-electron-transfer (DET) takes place as shown below because the FAD redox center in GOx efficiently and directly forms electrical pairs with single-walled carbon nanotubes. .
  • the redox current increased linearly even when the voltage scan rate was sequentially increased from 20 mV / s to 2000 mV / s, thereby confirming the surface control reaction. Based on this reaction, it can be seen that the enzymes present in the biosensor electrode manufactured using the bioadhesive can directly exchange electrons with the electrode efficiently.
  • the DET-based glucose sensor according to the present invention has a reduction current in the glucose concentration range (100 ⁇ M to 500 ⁇ M) contained in human body fluids (sweat, tear, saliva, etc.) that can be collected in a non-invasive manner. Since the range of is highly linear with high sensitivity, it can be seen that it can be used as a third generation wearable biosensor based on DET.
  • the selectivity to glucose response of the glucose sensor prepared in Preparation Example 5 was evaluated. Specifically, 200 mV / s at negative voltages of -0.6 V to -0.1 V for 10 mM PBS, 10 mM glucose in 10 mM PBS, human serum ( ⁇ 11 mM) in PBS, and 10 mM glucose in artificial tears. It was measured while scanning the voltage at a rate of, and the results are shown in FIG. Since artificial tears and human serum contain not only glucose but also many other interfering factors, the selectivity of the glucose sensor can be assessed by comparing the response of the glucose sensor to these solutions.
  • the third-generation biosensor of the GOx enzyme electrode prepared using the bioadhesive according to one embodiment is stable not only in a 10 mM PBS solution, which is a buffer solution, but also in a real physiological environment such as human serum or artificial tears.
  • a raw vegetable solution that can be collected in a non-invasive manner, such as saliva / tear / sweat.
  • the senor according to one embodiment is not only highly selective, but also multiple array bio-based based on multiple working electrodes. It can be seen that it can also be used as a sensor.

Abstract

The present invention relates to a binder composition containing: a peptide having the ability to bind to a carbon material; or a phage on which the peptide is displayed. The composition according to one aspect, uses a carbon material such as a peptide or a phage having a strong binding force to a graphitic surface, thereby reinforcing the binding force between carbon materials or graphitic materials or improving the contact characteristics between a carbon material and a substrate or a carbon material and an enzyme, and thus a high-performance energy device or biosensor can be implemented.

Description

바이오 물질을 포함하는 바인더 조성물Binder Composition Comprising Biomaterials
바이오 물질을 포함하는 바인더 조성물에 관한 것으로, 상세하게는 탄소물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지를 포함하는 전극 형성용 바인더 조성물에 관한 것이다. The present invention relates to a binder composition comprising a biomaterial, and more particularly, to a binder composition for forming an electrode including a peptide having a binding ability to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed.
입는 컴퓨터, 휘는 디스플레이, 유연 배터리, 몸에 부착이 가능한 건강 모니터링용 바이오 메디컬 전극 및 바이오 센서, 로봇-휴먼 인터페이스 등 최근 유연하면서 고성능으로 동작할 수 있는 소재 및 소자 기술에 대한 수요가 급격하게 증가하고 있다. 이러한 응용이 가능하기 위해서는 유연성과 같은 기계적인 특성이 우수하면서도 전기적인 특성이 뛰어난 소재의 개발이 요구된다. 또한, 부착형 바이오 센서 등에서와 같이 전기적인 특성 이외에 생화학적, 바이오적인 특성 등을 추가적으로 부여할 수 있는 소재, 혹은 유연 배터리 등에서와 같이 활물질과의 접촉 특성을 향상시킬 수 있는 소재에 대한 기술 개발이 매우 중요하다. 또한, 이러한 여러 구성 요소가 결합된 고성능 소재를 소자화 하기 위해서는 구성 요소들 간의 낮은 접촉 저항이 요구되며 유연 기판 혹은 유연 집전체 등과의 우수한 접촉 특성이 필수적이다. 예를 들어, 리튬 이온 이차 전지의 특성은 사용되는 전극, 전해액 및 기타 전지 재료에 의해 크게 좌우되는데, 그 중에서도, 외부의 물리적 자극에 따른 집전체와 활물질 사이의 계면 박리는 전지의 성능 저하 및 고장의 원인이 되고 있다. 따라서 유연 에너지 소자, 예를 들면, 유연 이차 전지에 있어서, 유연한 집전체와 활물질 사이, 활물질과 분리막 사이, 또는 활물질층 내부 활물질 입자간 등 각 전지의 구성의 계면에 도입되어 계면 제어에 의한 접착력 강화가 가능한 접착제의 개발에 대한 요구가 존재한다. Recently, the demand for materials and device technologies that can operate flexibly and with high performance, such as wearable computers, curved displays, flexible batteries, biomedical electrodes and biosensors for health monitoring, and robot-human interfaces that can be attached to the body, have. This application requires the development of materials with excellent electrical properties and mechanical properties such as flexibility. In addition, the development of technology for materials that can additionally impart biochemical and biochemical properties in addition to electrical properties, such as attached biosensors, or materials that can improve contact characteristics with active materials, such as in flexible batteries. very important. In addition, in order to device a high-performance material combined with these components, low contact resistance between the components is required, and excellent contact characteristics with a flexible substrate or a flexible current collector are essential. For example, the characteristics of a lithium ion secondary battery largely depend on the electrode, electrolyte, and other battery materials used. Among them, interfacial peeling between the current collector and the active material due to external physical stimuli may cause deterioration and failure of the battery. Caused by. Therefore, in a flexible energy device, for example, a flexible secondary battery, it is introduced at an interface of each battery configuration such as between a flexible current collector and an active material, between an active material and a separator, or between active material particles in an active material layer to enhance adhesion by interface control. There is a need for the development of possible adhesives.
용액 기반의 공정, 예를 들어 코팅 공정, 혹은 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅과 같은 프린팅 공정은 용액공정으로 대량생산이 가능하다는 점, 적층으로 다양한 물질을 쌓을 수 있다는 점, 공정 수를 대폭적으로 줄일 수 있다는 점, 재료의 낭비가 없어 원가를 절감할 수 있다는 점과 같은 다양한 장점으로 인하여 웨어러블 센서 및 에너지 소자 연구에 널리 사용되고 있다. 탄소나노튜브, 그래핀 등의 나노탄소물질은 뛰어난 전기적, 기계적 특성 및 화학적인 특성을 지니고 있어, 앞서 언급된 유연전자소자나 유연 바이오전극, 센서 및 유연 에너지 소자의 전극 등으로 이러한 물질을 사용하고자 하는 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. Solution-based processes, such as coating processes or printing processes such as screen printing and inkjet printing, can be mass-produced as a solution process, can stack various materials by lamination, and can drastically reduce the number of processes. It is widely used for wearable sensors and energy device research due to various advantages such as no cost and no waste of materials, thereby reducing costs. Nano carbon materials, such as carbon nanotubes and graphene, have excellent electrical, mechanical and chemical properties, and are intended to be used for the aforementioned flexible electronic devices, flexible bio-electrodes, sensors and electrodes of flexible energy devices. Recently, research is being actively conducted.
단겹탄소나노튜브는 나노크기의 독특한 튜브구조와 그로부터 기인한 높은 기계적, 전기적, 전기적화학적 특성으로 웨어러블 센서 소자를 제작하기 위한 최적의 소재 중 하나로 각광받고 있다. 하지만 단겹탄소나노튜브는 물 기반의 잉크에 낮은 분산 안전성을 보여 프린팅을 통한 전자소자 제작에 많은 문제점을 나타내고 있다. 일반적으로 단겹탄소나노튜브 잉크를 제조하기 위하여 화학적인 처리를 통해 기능기를 인가하거나 계면활성제를 이용하는 함으로써 단겹탄소나노튜브를 물에 분산시키는 방법이 주로 사용되고 있다. 화학적인 처리를 통해 기능기를 인가할 경우, 탄소나노튜브의 구조를 변형시킴으로써 원래 가지고 있던 전기적, 전기화학적 특성이 훼손되는 단점이 있어 해당 특성들이 중요한 분야에서는 계면활성제를 이용하는 방법이 주로 도입되고 있다. 하지만 계면활성제를 이용할 경우에도, 인쇄된 탄소나노튜브 사이 사이에 계면활성제가 있음으로써 박막의 전기적 특성을 저해시키고, 다시 물과 접촉할 경우 일부가 녹아 나오는 문제점들이 존재한다. 웨어러블 바이오메디컬 센서는 땀, 피, 눈물 등과 같은 생체 유래물에 존재하는 물질의 양을 측정하기 때문에 대부분 수용액상태의 물질과 접촉해야 하고 이에 따라 물에 대한 안정성은 필수적인 요소이다. Single-ply carbon nanotubes are spotlighted as one of the best materials for manufacturing wearable sensor devices due to their unique nano-sized tube structure and high mechanical, electrical and electrochemical properties. However, single-walled carbon nanotubes show low dispersion stability in water-based inks, which presents many problems in manufacturing electronic devices through printing. In general, a method of dispersing a single carbon nanotube in water by applying a functional group through a chemical treatment or using a surfactant to prepare a single carbon nanotube ink is mainly used. When the functional group is applied through chemical treatment, the electrical and electrochemical properties of the carbon nanotubes are deteriorated by modifying the structure of the carbon nanotubes. Therefore, a method using a surfactant is mainly introduced in an area where the properties are important. However, even when the surfactant is used, there is a problem that the surfactant is between the printed carbon nanotubes to inhibit the electrical properties of the thin film, and when some contact with water again melts. Since wearable biomedical sensors measure the amount of material present in biological derivatives such as sweat, blood, and tears, most wearable biomedical sensors must come into contact with materials in aqueous solution, so water stability is essential.
이에, 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 탄소나노튜브의 전기적 특성을 저해시키지 않으면서 탄소나노튜브간의 결합 및 탄소나노튜브와 기판간의 결합을 강화시켜줄 수 있는 물질을 개발하였다. M13 파지는 표면에 있는 펩타이드가 다양한 종류의 기능기를 가지고 있고 그 기능기의 종류 및 특성을 유전학적으로 손쉽게 제어할 수 있는 장점이 있다. 특히, 바이오 패닝 과정 혹은 유전공학적 제어를 통하여 그래피틱 표면에 강한 접착력을 갖는 특성을 갖는 펩타이드 시퀀스를 파지 표면에 나타낸 수 있으며, 이러한 특성을 이용하여 탄소나노튜브간의 결합 및 기판과의 접착을 향상시킬 수 있다. 본 발명자들은, 이러한 접착 특성을 갖는 바이오 물질을 이용하여 탄소나노튜브 잉크를 개발함으로써 발명을 완성시켰다.Thus, the present inventors have developed a material that can enhance the bond between carbon nanotubes and the bond between the carbon nanotubes and the substrate without inhibiting the electrical properties of the carbon nanotubes in order to solve this problem. M13 phage has the advantage that the peptide on the surface has various kinds of functional groups and can easily control the types and characteristics of the functional groups. In particular, a peptide sequence having a strong adhesion to the graffiti surface can be shown on the phage surface through a bio-panning process or genetic engineering control. By using these properties, it is possible to improve the bonding between carbon nanotubes and the adhesion to the substrate. Can be. The present inventors completed the invention by developing carbon nanotube inks using biomaterials having such adhesive properties.
일 양상은 탄소물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지를 포함하는 바인더 조성물을 제공하는 것이다. One aspect is to provide a binder composition comprising a peptide having a binding capacity to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed.
일 양상은 탄소물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지, 및 탄소 물질을 포함하는 전극프린팅용 조성물을 제공하는 것이다. One aspect is to provide a peptide having a binding ability to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed, and a composition for electrode printing comprising a carbon material.
다른 양상은 상기 전극 프린팅용 조성물을 이용하여 전극을 프린팅하는 방법 또는 바이오센서를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Another aspect is to provide a method of printing an electrode or a method of manufacturing a biosensor using the composition for electrode printing.
일 양상은 탄소물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지 및 탄소 물질을 포함하는 바인더 조성물, 전극프린팅용 조성물 또는 바이오 접착제 조성물, 또는 전기화학소자용 접착제 조성물을 제공한다. One aspect provides a peptide having a binding capacity to a carbon material or a binder composition comprising a phage and a carbon material on which the peptide is displayed, an electrode printing composition or a bioadhesive composition, or an adhesive composition for an electrochemical device.
다른 양상은 탄소물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지, 및 탄소 물질을 포함하는 잉크젯 프린팅용 잉크 조성물을 제공한다. Another aspect provides a peptide having a binding ability to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed, and an ink composition for inkjet printing comprising the carbon material.
본 명세서에서 용어 "전극프린팅용 조성물" 또는 "잉크젯 프린팅용 잉크 조성물"은 기판 상에 전극을 형성함에 있어서 전극을 액상의 형태로 직접적으로 프리팅(direct printing)하여 패터닝하는 잉크젯 프린팅 공법에 사용되는 조성물을 의미할 수 있다. 즉, 잉크젯 프린터에 상기 조성물이 장착되어 프린터의 노즐 등을 통해 기판 상에 프린팅될 수 있다. 일 구체예에 따른 조성물은 시트 또는 필름의 형태로 기판 상에 리소그래피 등의 방법으로 적층되는 것과는 구별되는 것이다. 따라서, 상기 조성물은 액상의 형태를 갖는 것일 수 있다. 상세하게는 상기 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지를 포함하는 용액 및 상기 탄소 물질을 포함하는 콜로이드 용액을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지를 포함하는 용액은 상기 펩티드 또는 상기 파지가 용액 내에 분산되어 있는 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 파지가 분산된 용액은 1X1010 개/ml 내지 1X1015개/ml의 농도로 파지를 포함하는 것일 수 있다. 상기 펩티드가 분산된 용액은 0.2 mg/ml 내지 4 mg/ml의 농도로 펩티드를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 콜로이드 용액은 1X1010 개/ml 내지 1X1015 개/ml로 탄소나노튜브(예를 들면, 단겹탄소나노튜브)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 펩티드 또는 상기 파지가 분산된 용액과 콜로이드 용액은 예를 들면, 1:8 내지 8:1의 부피비로 혼합되는 것일 수 있다. 더욱 상세하게는 상기 탄소 물질과 파지는 20:1 내지 1:20의 몰 비율로 혼합되는 것일 수 있다. As used herein, the term "composition for electrode printing" or "ink composition for inkjet printing" is used in an inkjet printing process for directly patterning and patterning an electrode in liquid form in forming an electrode on a substrate. By composition may be meant. That is, the composition may be mounted on an inkjet printer and printed on a substrate through a nozzle of the printer. Compositions according to one embodiment are distinguished from those laminated by lithography or the like on a substrate in the form of a sheet or film. Thus, the composition may be in the form of a liquid. Specifically, the peptide or the peptide may include a solution including a phage displayed and a colloidal solution including the carbon material. In addition, the peptide or the solution containing the phage displayed peptide may be the peptide or the phage is dispersed in the solution. For example, the solution in which the phage is dispersed may include phage at a concentration of 1 × 10 10 / ml to 1 × 10 15 / ml. The solution in which the peptide is dispersed may be one containing the peptide at a concentration of 0.2 mg / ml to 4 mg / ml. In addition, the colloidal solution may include carbon nanotubes (for example, single carbon nanotubes) at 1 × 10 10 / ml to 1 × 10 15 / ml. For example, the peptide or the phage dispersed solution and the colloidal solution may be mixed at a volume ratio of 1: 8 to 8: 1. More specifically, the carbon material and the phage may be mixed in a molar ratio of 20: 1 to 1:20.
일 구체예에 따른 조성물은 기판 상에 프린팅, 예를 들면, 잉크젯 프린팅된 후 건조되어 전극을 형성하게 된다. 또한, 예를 들면, 상기 전극은 전기화학소자, 예를 들면, 바이오 센서 소자일 수 있다. The composition according to one embodiment is printed on a substrate, for example inkjet printed and then dried to form an electrode. Also, for example, the electrode may be an electrochemical device, for example, a biosensor device.
이와 같이 형성된 일 구체예에 따른 전극의 탄소 물질은 탄소 물질 사이의 결합력 또는 탄소 물질과 상기 기판 사이의 결합력이 강화된다. 상세하게는 상기 펩티드 또는 파지가 탄소 물질, 또는 그래피틱 물질 간의 결합을 촉진하여 탄소 물질 또는 그래피틱 물질의 구조화/안정화에 기여할 수 있는 것이다. 이는 그래피틱 물질의 기능화와 구별된 개념으로써, 그래피틱 물질의 네트워크 구조의 형성을 가능하게 하는 것을 의미할 수 있다. 상기 탄소 물질은 예를 들면, 상기 펩티드 또는 펩티드가 디스플레이된 파지를 사용하지 않는 것에 비해 수용액 상에서 증가된 안정성을 나타낼 수 있다.Carbon material of the electrode according to an embodiment formed as described above is enhanced the bonding force between the carbon material or the carbon material and the substrate. Specifically, the peptide or phage may promote the binding between the carbon material or the graffiti material to contribute to the structuring / stabilization of the carbon material or the graffiti material. This is a concept distinct from the functionalization of graffiti material, which may mean that it is possible to form a network structure of the graffiti material. The carbon material may, for example, exhibit increased stability in aqueous solution compared to not using the peptide or phage in which the peptide is displayed.
따라서, 일 구체예에 있어서, 상기 그래피틱 물질과 결합하는 펩티드 또는 파지는 바인더 조성물, 또는 바이오 접착제로서의 역할을 수행하는 것일 수 있다. 본 명세서에서 "바이오 접착제" 또는 "바인더 조성물"은 상기 펩티드 또는 파지가 탄소 물질, 예를 들면, 그래피틱 물질 간의 결합을 촉진하건, 또는 그래피틱 물질과 기판의 접착 특성에 기여하는 것을 의미할 수 있다. 상세하게는 탄소물질에 결합능을 갖는 펩티드가 디스플레이된 파지는 탄소 물질과 특이적으로 결합하므로, 에너지 소자, 또는 전기화학 소자의 각 구성의 계면에 도입되어 접착 특성 또는 계면 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 바인더 조성물이 에너지 소자의 집전체와 활물질 사이에 도입된 경우, 활물질이 집전체에 더욱 부착되어 활물질이 두껍게 코팅될 수 있다. 또한 예를 들면, 상기 바인더 조성물이 에너지 소자의 할물질 내부에 도입된 경우, 활물질의 계면 박리를 방지할 수 있다. 따라서, 일 구체예에 따른 상기 바인더 조성물은 전기화학소자의 집전체와 활물질 사이, 또는 활물질과 분리막 사이의 접착 특성을 향상시키거나, 또는 활물질의 계면 특성을 향상시키는 것일 수 있다. 이에, 상기 바인더 조성물은 전극형성용, 유연 소자용, 에너지 소자용 또는 전기화학소자용 일 수 있다. 상기 에너지 소자의 예는 플렉서블 배터리(flexible battery), 알칼리 전지, 건전지, 수은 전지, 리튬 전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 이차 전지, 예를 들면, 리튬이온 이차 전지, 또는 리튬이온폴리머 이차 전지를 포함할 수 있다. Thus, in one embodiment, the peptide or phage to bind to the graffiti material may be to serve as a binder composition, or a bioadhesive. As used herein, "bioadhesive" or "binder composition" may mean that the peptide or phage promotes the bonding between a carbon material, for example, a graffiti material, or contributes to the adhesion properties of the graffiti material and the substrate. have. In detail, the phage in which a peptide having a binding ability to a carbon material is displayed specifically binds to the carbon material, and thus, may be introduced at an interface of each component of an energy device or an electrochemical device to improve adhesion or interface properties. For example, when the binder composition is introduced between the current collector and the active material of the energy device, the active material may be further attached to the current collector to coat the active material thickly. In addition, for example, when the binder composition is introduced into the splitting material of the energy device, it is possible to prevent the interface peeling of the active material. Thus, the binder composition according to one embodiment may be to improve the adhesive properties between the current collector and the active material of the electrochemical device, or between the active material and the separator, or to improve the interface properties of the active material. Thus, the binder composition may be for electrode formation, flexible device, energy device or electrochemical device. Examples of the energy element include a flexible battery, an alkaline battery, a dry battery, a mercury battery, a lithium battery, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, or a lithium ion polymer. It may include a secondary battery.
다른 구체예에 있어서, 상기 탄소 물질 또는 그래피틱 물질은 전하가 없어 바이오 센서 등을 위한 효소를 부착하기 위해서 별도의 기능화가 요구되나, 탄소 물질 또는 그래피틱 물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 파지는 전하를 가지므로 전해질의 코팅 등을 통하여 효소가 탄소 물질 또는 그래피틱 물질의 네트워크 구조 내에 일체형으로 결합될 수 있다. 따라서, 상기 파지 또는 펩티드는 복수의 탄소 물질 또는 그래피틱 물질의 접합(junction)을 형성하는 것일 수 있다. 또한, 상기 펩티드는 두 개의 펩티드가 링커로 연결되어 두 개의 탄소 물질 또는 그래피틱 물질을 서로 연결하는 것일 수 있다. 상세하게는 복수의 그래피틱 물질의 네트워크 구조 내에서 상기 링커로 연결된 두 개의 펩티드는 각각 하나의 그래피틱 물질과 결합하는 것일 수 있다. 상기 링커는 펩티드 링커일 수 있다. 상기 펩티드 링커는 당업계에 공지된 다양한 링커를 이용할 수 있으며, 예를 들어, 복수의 아미노산으로 이루어진 링커일 수 있다. 일 구체예에 따르면, 상기 링커는 예를 들어, 1 내지 10개 또는 2 내지 8개의 임의의 아미노산으로 이루어진 폴리펩티드일 수 있다. 상기 펩티드 링커는 Gly, Asn 및 Ser 잔기를 포함할 수 있으며, Thr 및 Ala과 같은 중성 아미노산들도 포함될 수 있다. 펩티드 링커에 적합한 아미노산 서열은 당업계에 공지되어 있다. In another embodiment, the carbon material or the graffiti material has no charge, so that a separate functionalization is required in order to attach an enzyme for a biosensor or the like, but the peptide or the phage having a binding capacity to the carbon material or the graffiti material is charged. As such, the enzyme may be integrally coupled in the network structure of the carbon material or the graticule material through the coating of the electrolyte. Thus, the phage or peptide may be one that forms a junction of a plurality of carbon materials or graffiti materials. In addition, the peptide may be two peptides are linked by a linker to connect two carbon materials or graffiti materials to each other. In detail, the two peptides linked by the linker in the network structure of the plurality of graffiti materials may be bound to one graffiti material. The linker may be a peptide linker. The peptide linker may use a variety of linkers known in the art, for example, may be a linker consisting of a plurality of amino acids. According to one embodiment, the linker may be, for example, a polypeptide consisting of 1 to 10 or 2 to 8 arbitrary amino acids. The peptide linker may comprise Gly, Asn and Ser residues, and may also include neutral amino acids such as Thr and Ala. Suitable amino acid sequences for peptide linkers are known in the art.
상기 탄소 물질은 그래피틱 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 용어 "그래피틱 물질(graphitic materials)"은, 탄소원자가 육각형 모양으로 배열되어 있는 표면, 즉 그래피틱 표면(graphitic surface)을 지니는 물질을 의미하는 것으로서, 그래피틱 표면을 포함하는 물질이라면 물리적, 화학적 성질, 구조적 특성에 상관없이 그래피틱 물질에 포함될 수 있다. 상기 그래피틱 물질은 예를 들면 그래핀(graphene) 시트, 고배향성 열분해흑연(Highly oriented pyrolytic graphite; HOPG) 시트, 단겹 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube) 및 이겹 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotubes), 다겹탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube) 등의 탄소나노튜브 또는 풀러린(fullerene)을 포함할 수 있다. 상기 그래피틱 물질은 금속성, 반도체성 혹은 혼성되어 있는 물질일 수 있으며, 예를 들면 그래핀(graphene) 시트 및 단겹 탄소나노튜브의 혼합물을 사용할 수 있다.The carbonaceous material may comprise a graphical material. As used herein, the term "graphitic materials" refers to a material having a surface on which carbon atoms are arranged in a hexagonal shape, that is, a graphitic surface. It can be included in graffiti materials regardless of their chemical, chemical or structural properties. The graphitic materials include, for example, graphene sheets, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) sheets, single-walled carbon nanotubes and double-walled carbon nanotubes), carbon nanotubes such as multi-walled carbon nanotubes, or fullerenes. The graphitic material may be a metallic, semiconducting or mixed material. For example, a mixture of graphene sheets and single layer carbon nanotubes may be used.
상기 펩티드는 그래피틱 물질, 예를 들면, 탄소 물질에 결합능을 갖는 펩티드라면 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들면, X2SX1AAX2X3P(서열번호 1), X2X2PX3X2AX3P(서열번호 2), SX1AAX2X3P(서열번호 3) 및 X2PX3X2AX3P(서열번호 4)의 아미노산 서열로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 펩티드 또는 펩티드 세트일 수 있다. 상기 펩티드는 개시된 펩티드의 보존적 치환(conservative substitution)을 포함하는 것일 수 있다. 본 발명에서 용어 "보존적 치환(conservative substitution)" 이란 제1 아미노산 잔기가 제2의 상이한 아미노산 잔기로 치환되는 것으로서, 여기서, 제1 및 제2 아미노산 잔기는 생물물리학적 특징이 유사한 곁사슬을 가지는 것을 의미할 수 있다. 유사한 생물물리학적 특징으로는 소수성, 전하, 극성, 또는 수소 결합을 제공 또는 수용할 수 있는 능력을 포함할 수 있다. 보존적 치환의 예들은 염기성 아미노산(아르기닌, 리신 및 히스티딘), 산성 아미노산(글루탐산 및 아스파르트산), 극성 아미노산(글루타민 및 아스파라긴), 소수성 아미노산(루신, 이소로이신, 발린 및 메티오닌), 친수성 아미노산(아스파르트산, 글루탐산, 아스파라긴 및 글루타민), 방향족 아미노산(페닐알라닌, 트립토판 ,티로신 및 히스티딘), 및 작은 아미노산(글리신, 알라닌, 세린 및 트레오닌)의 군의 범위 내에 있을 수 있다. 일반적으로 특이적 활성을 변경시키지 않는 아미노산 치환은 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 펩티드에서 X1은 W, Y, F 또는 H이고, X2는 D, E, N 또는 Q이고, X3는 I, L 또는 V일 수 있다. 또한, 상기 펩티드는 서열번호 5 내지 11의 아미노산 서열로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 펩티드 또는 펩티드 세트일 수 있다. 이외에도 파지 유래가 아닌 펩티드, 예를 들면 서열번호 12의 아미노산 서열을 포함하는 펩티드를 사용할 수도 있다. 상기 펩티드는 두 개의 펩티드가 링커를 통해 연결된 것일 수 있다(예를 들면, 서열번호 10 또는 서열번호 11). 상기 펩티드는 또한 파지의 외피 단백질의 일부 서열, 예를 들면, 1 내지 10개의 아미노산 잔기를 더 포함하는 것일 수 있다(예를 들면, 서열번호 11). 상기 펩티드 또는 펩티드 세트의 아미노산 서열의 N-말단 또는 C-말단에는 파지의 외피 단백질의 연속되는 아미노산 서열이 연결될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 펩티드 또는 펩티드 세트는 길이가 5 내지 60 개의 아미노산 서열, 7 내지 55개의 아미노산 서열, 7 내지 40 개의 아미노산 서열, 7 내지 30개의 아미노산 서열, 7 내지 20개의 아미노산 서열, 또는 7 내지 10개의 아미노산 서열일 수 있다. 상기 펩티드 또는 펩티드 세트는 조립된(예를 들면, 자가 조립된(self-assembly)) 펩티드 또는 펩티드 세트일 수 있다. 예를 들면, 상기 펩티드 또는 펩티드 세트는 α-헬릭스 또는 β-시트의 구조로 이루어진 것일 수 있다. 상기 펩티드 또는 펩티드 세트는 그래피틱 물질 간의 결합을 향상시켜 그래피틱 물질이 메쉬 구조를 갖게 할 수 있다. The peptide can be used without limitation so long as it is a peptide having a binding ability to a graft material, for example, a carbon material. For example, X 2 SX 1 AAX 2 X 3 P (SEQ ID NO: 1), X 2 X 2 PX 3 X 2 AX 3 P (SEQ ID NO: 2), SX 1 AAX 2 X 3 P (SEQ ID NO: 3), and X It may be a peptide or peptide set comprising one or more selected from the group consisting of the amino acid sequence of 2 PX 3 X 2 AX 3 P (SEQ ID NO: 4). The peptide may include conservative substitutions of the disclosed peptides. As used herein, the term "conservative substitution" refers to the substitution of a first amino acid residue with a second, different amino acid residue, wherein the first and second amino acid residues have side chains with similar biophysical characteristics. Can mean. Similar biophysical features may include the ability to provide or accept hydrophobicity, charge, polarity, or hydrogen bonding. Examples of conservative substitutions include basic amino acids (arginine, lysine and histidine), acidic amino acids (glutamic acid and aspartic acid), polar amino acids (glutamine and asparagine), hydrophobic amino acids (leucine, isoleucine, valine and methionine), hydrophilic amino acids (aspart) Acids, glutamic acid, asparagine and glutamine), aromatic amino acids (phenylalanine, tryptophan, tyrosine and histidine), and small amino acids (glycine, alanine, serine and threonine). Amino acid substitutions that generally do not alter specific activity are known in the art. Thus, for example, in the peptide X 1 may be W, Y, F or H, X 2 may be D, E, N or Q, and X 3 may be I, L or V. In addition, the peptide may be a peptide or a peptide set including at least one selected from the group consisting of the amino acid sequences of SEQ ID NOs: 5 to 11. In addition, a peptide other than phage, for example, a peptide containing the amino acid sequence of SEQ ID NO: 12 can also be used. The peptide may be two peptides linked through a linker (eg, SEQ ID NO: 10 or SEQ ID NO: 11). The peptide may also be one comprising some sequence of phage coat protein, eg, 1 to 10 amino acid residues (eg SEQ ID NO: 11). A contiguous amino acid sequence of the coat protein of the phage may be linked to the N-terminus or C-terminus of the amino acid sequence of the peptide or peptide set. Thus, for example, the peptide or set of peptides may comprise 5 to 60 amino acid sequences, 7 to 55 amino acid sequences, 7 to 40 amino acid sequences, 7 to 30 amino acid sequences, 7 to 20 amino acid sequences, or It may be 7 to 10 amino acid sequences. The peptide or set of peptides may be an assembled (eg, self-assembly) peptide or set of peptides. For example, the peptide or peptide set may be composed of a structure of α-helix or β-sheet. The peptide or set of peptides may enhance the binding between the graffiti materials such that the graffiti materials have a mesh structure.
상기 그래피틱 물질에 결합하는 펩티드는 펩티드의 라이브러리를 통해 선별될 수 있으며, 예를 들면, 파지 디스플레이 기법을 통해 선별될 수 있다. 파지 디스플레이 기법을 통해 펩티드가 유전적으로 파지의 외피 단백질에 연결, 삽입 또는 치환되어 파지의 외부에 디스플레이되고, 펩티드는 비리온 내의 유전 정보에 의해 암호화될 수 있다. 디스플레이된 단백질 및 그를 암호화하는 DNA에 의해 다양한 변이체의 단백질을 스크리닝하여 선별할 수 있으며, 그를 "바이오패닝(biopanning)"이라고 부른다. 요약하여 바이오패닝 기법은 다양한 변이체가 디스플레이된 파지를 고정화된 타겟(예를 들면, 그래피틱 물질)과 반응시키고, 결합하지 않은 파지를 세척한 후, 파지와 타겟 사이의 결합 상호작용을 파괴하여 특이적으로 결합된 파지를 용리(elution)하는 방법을 포함한다. 용리된 파지의 일부는 DNA 시퀀싱 및 펩티드 식별을 위하여 남겨두고, 나머지는 인 비보(in vivo)상에서 증폭하고 다음 라운드를 위한 서브 라이브러리를 만들어 상기 과정을 반복할 수 있다. Peptides that bind to the graphical material can be selected through a library of peptides, for example, through phage display techniques. Phage display techniques allow peptides to be genetically linked, inserted or substituted into the phage coat protein and displayed outside of the phage, and the peptide can be encoded by genetic information in the virion. Proteins of various variants can be screened and selected by the displayed protein and the DNA encoding it, which is referred to as "biopanning". In summary, the biopanning technique is unique by reacting phages with various variants displayed with immobilized targets (e.g., graffiti materials), washing unbound phages, and disrupting the binding interaction between phages and targets. And eluting the normally bound phage. A portion of the eluted phage can be left for DNA sequencing and peptide identification, and the remainder can be amplified in vivo and the sub library for the next round repeated to repeat the process.
또한 상기 펩티드는 파지의 외피 단백질에 디스플레이된 것일 수 있다. 따라서, 예를 들면, 상기 그래피틱 물질에 결합능을 갖는 파지는 파지의 외피 단백질 또는 그 단편에 디스플레이된 상기 펩티드를 포함하는 것일 수 있다. In addition, the peptide may be displayed on the envelope protein of the phage. Thus, for example, a phage having a binding ability to the graffiti may include the peptide displayed on the envelope protein or fragment thereof of the phage.
용어 "파지(phage)" 또는 "박테리오파지(bacteriophage)"는 호환적으로 사용되며, 박테리아를 감염시키고, 박테리아 내에서 복제되는 바이러스를 의미할 수 있다. 파지 또는 박테리오파지는 그래피틱 물질 또는 휘발성 유기화합물과 선택적 또는 특이적으로 결합하는 펩티드를 디스플레이(display)하기 위해 사용될 수 있다. 상기 파지는 그래피틱 물질에 결합능을 갖는 펩티드가 파지의 외피 단백질 또는 그의 단편에 디스플레이되도록 유전적으로 조작된 것일 수 있다. 본 발명에서 용어 "유전적 조작 (genetic engineering)" 또는 "유전적으로 조작된 (genetically engineered)"은 그래피틱 물질에 결합능을 갖는 펩티드를 파지의 외피 단백질 또는 그의 단편에 디스플레이하기 위해 파지에 대하여 하나 이상의 유전적 변형 (genetic modification)을 도입하는 행위 또는 그에 의하여 만들어진 파지를 의미할 수 있다. 상기 유전적 변형은 상기 펩티드를 코딩하는 외래 유전자가 도입되는 것을 포함한다. 또한, 상기 파지는 필라멘트성 파지(Filamentous phage)일 수 있으며, 예를 들면, M13 파지, F1 파지, Fd 파지, If1 파지, Ike 파지, Zj/Z 파지, Ff 파지, Xf 파지, Pf1 파지 또는 Pf3 파지일 수 있다. The term "phage" or "bacteriophage" is used interchangeably and may refer to a virus that infects bacteria and replicates within bacteria. Phages or bacteriophages can be used to display peptides that selectively or specifically bind to graffiti or volatile organic compounds. The phage may be genetically engineered such that a peptide having a binding ability to the gravimetric material is displayed on the envelope protein or fragment thereof. As used herein, the term "genetic engineering" or "genetically engineered" refers to one or more phages relative to the phage to display peptides having binding capacity to the graft material on the envelope proteins or fragments thereof. It may refer to the act of introducing a genetic modification or a phage made thereby. The genetic modification includes the introduction of a foreign gene encoding the peptide. In addition, the phage may be a filamentous phage, for example, M13 phage, F1 phage, Fd phage, If1 phage, Ike phage, Zj / Z phage, Ff phage, Xf phage, Pf1 phage or Pf3 It may be a phage.
본 발명에서 용어 "파지 디스플레이(phage display)"는 파지 또는 파지미드(phagemid) 입자의 표면에 기능적 외래 펩티드 또는 단백질의 표시(display)를 의미할 수 있다. 상기 파지의 표면은 파지의 외피 단백질 또는 그의 단편를 의미할 수 있다. 또한 상기 파지는 상기 기능적 외래 펩티드의 C-말단이 파지의 외피 단백질의 N-말단에 연결되거나, 또는 상기 펩티드가 파지의 외피 단백질의 연속되는 아미노산 서열 사이에 삽입되거나 또는 외피 단백질의 연속되는 아미노산 서열의 일 부분을 치환한 것인 파지일 수 있다. 상기 펩티드가 외피 단백질에 삽입 또는 치환되는 연속되는 아미노산 서열의 위치는 외피 단백질의 N-말단으로부터 1 내지 50번 위치, 1 내지 40번 위치, 1 내지 30번 위치, 1 내지 20번 위치, 1 내지 10번 위치, 2 내지 8번 위치, 2 내지 4번 위치, 2 내지 3번 위치, 3 내지 4번 위치, 또는 2번 위치일 수 있다. 또한, 상기 외피 단백질은 p3, p6, p8 또는 p9 일 수 있다. 예를 들면, 상기 서열번호 1 내지 서열번호 12 중 어느 하나의 펩티드의 C-말단이 M13 파지의 몸통에 존재하는 50개의 아미노산 길이의 p8(서열번호 18)의 N-말단에 연결된 것일 수 있다. 또한, 예를 들면, 상기 서열번호 1 내지 서열번호 12 중 어느 하나의 펩티드가 M13 파지의 외피 단백질 p8의 2 내지 4번 위치의 아미노산 서열(즉, EGD), 2 내지 3번 위치, 3 내지 4번 위치, 또는 2번 위치의 아미노산 서열을 대신하여 연결된 것일 수 있다.As used herein, the term "phage display" may refer to the display of functional foreign peptides or proteins on the surface of phage or phagemid particles. The surface of the phage may refer to the envelope protein or fragment thereof of the phage. The phage may also be linked to the C-terminus of the functional foreign peptide to the N-terminus of the phage coat protein, or the peptide is inserted between contiguous amino acid sequences of the phage coat protein or to the contiguous amino acid sequence of the coat protein. It may be a phage that is substituted a part of. The position of the contiguous amino acid sequence into which the peptide is inserted or substituted into the envelope protein is 1-50 positions, 1-40 positions, 1-30 positions, 1-20 positions, and 1-to-N from the N-terminus of the coat protein. Position 10, positions 2 to 8, positions 2 to 4, positions 2 to 3, positions 3 to 4, or positions 2; In addition, the envelope protein may be p3, p6, p8 or p9. For example, the C-terminus of the peptide of any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 12 may be linked to the N-terminus of p8 (SEQ ID NO: 18) 50 amino acids long present in the body of M13 phage. Further, for example, the peptide of any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 12 is the amino acid sequence of position 2 to 4 of the coat protein p8 of M13 phage (ie EGD), position 2 to 3, position 3 to 4 Or may be linked in place of the amino acid sequence at position 2.
다른 구체예에 있어서, 상기 파지는 파지 자체의 필라멘트성 형태의 구조를 이용하여 탄소 물질의 표면상에 방향성을 갖고 배열될 수 있다. 예를 들면 특정 방향으로 일렬로 배열될 수 있으며, 이 경우 파지의 외피 단백질에 위치한 펩티드와 탄소 물질 표면과의 결합력이 상승함과 동시에 일자로 정렬될 수 있다. 일자로 정렬된 파지는 탄소 물질 표면에 비등방적 (anisotropic) 기능화를 부여할 수 있으며, 이는 펩티드만을 사용했을 경우에는 등방적(isotropic), 또는 랜덤한 기능화만 가능한 것과는 차별화된다. 상기와 같은 일자 정렬구조 외에도 스멕틱(smectic)구조와 같은 층상구조, 네마틱(nematic) 구조, 나선구조, 격자구조 등 특정 방향성을 갖는 구조를 형성할 수 있으므로, 파지의 배열 구조에 따라 탄소 물질 표면상에 다양한 기능을 부여할 수 있다.In another embodiment, the phage can be arranged directionally on the surface of the carbon material using the filamentary structure of the gripping itself. For example, they may be arranged in a line in a specific direction, in which case the binding force between the peptide and the carbon material surface located in the envelope protein of the phage may be increased and aligned at the same time. Date-aligned phage can impart anisotropic functionalization to the surface of the carbon material, which is different from only isotropic or random functionalization when using only peptides. In addition to the linear alignment structure as described above, it is possible to form a structure having a specific direction such as a layer structure, nematic structure, spiral structure, lattice structure such as smectic structure, carbon material according to the arrangement structure of the phage Various functions can be imparted on the surface.
다른 구체예에 있어서, 상기 그래피틱 물질은 네트워크 구조를 포함할 수 있고, 상기 효소는 상기 네트워크 구조 상에, 상기 네트워크 구조 내에 및/또는 상기 네트워크 구조 아래에 포함되어 있는 것일 수 있다. 또한, 상기 네트워크 구조는 상기 그래피틱 물질과 상기 펩티드의 결합 복합체 또는 상기 그래피틱 물질과 상기 파지의 결합 복합체를 통해 이루어진 것일 수 있다. 따라서, 상기 그래피틱 물질의 내부 구조는 퍼콜레이트 네트워크(percolated network) 구조를 갖는 것일 수 있다. 본 발명에서 용어 "퍼콜레이트 네트워크(percolated network)"는 무작위적 전도성 또는 비전도성 연결로 구성된 격자 구조를 의미할 수 있다.In another embodiment, the graphical material may comprise a network structure, and the enzyme may be included on the network structure, in the network structure and / or below the network structure. In addition, the network structure may be formed through a binding complex of the graffiti material and the peptide or a binding complex of the graffiti material and the phage. Therefore, the internal structure of the graffiti material may have a percolated network structure. As used herein, the term "percolated network" may refer to a lattice structure composed of random conductive or non-conductive connections.
또 다른 양상은 상기 전극 프린팅용 조성물을 기판에 프린팅, 예를 들면, 잉크젯 프린팅하는 단계; 및 상기 프린팅된 조성물을 건조시켜 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전극을 프린팅하는 방법을 제공한다. Another aspect includes printing the composition for electrode printing on a substrate, for example, inkjet printing; And it provides a method for printing an electrode comprising the step of drying the printed composition to form an electrode.
또 다른 양상은 상기 전극 프린팅용 조성물을 기판에 프린팅, 예를 들면, 잉크젯 프린팅하는 단계; 상기 프린팅된 조성물을 건조시켜 전극을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 전극 상에 효소를 형성하는 단계를 포함하는 바이오 센서를 제조하는 방법을 제공한다. Another aspect includes printing the composition for electrode printing on a substrate, for example, inkjet printing; Drying the printed composition to form an electrode; And it provides a method for producing a biosensor comprising the step of forming an enzyme on the formed electrode.
상기 전극 프린팅용 조성물 또는 잉크젯 프린팅용 잉크 조성물에 대해서는 상기한 바와 같다. The composition for electrode printing or the ink composition for inkjet printing is as described above.
상기 효소는 분석물 결합 물질일 수 있다. 본 발명에서 용어 "분석물 결합 물질(analyte binding materials)" 또는 분석물 결합 시약(analyte binding reagents)"은 호환적으로 사용되고, 분석물-특이적으로 결합하는 물질을 의미할 수 있다. 상기 분석물 결합 물질은 산화 환원 효소(redox enzyme)를 포함할 수 있다. 상기 산화 환원 효소는 기질을 산화 또는 환원시키는 효소를 의미할 수 있으며, 예를 들면, 옥시다아제, 퍼옥시다아제, 리덕타아제, 카탈라아제 또는 디히드로게나아제를 포함할 수 있다. 상기 산화 환원 효소의 예는 혈당 옥시다아제, 락테이트 옥시다아제, 콜레스테롤 옥시다아제, 글루타메이트 옥시다아제, HRP(horseradish peroxidase), 알코올 옥시다아제, 글루코오스 옥시다아제(glucose oxidase; GOx), 글루코오스 디히드로게나아제(glucose dehydrogenase; GDH), 콜레스테롤 에스테르게나아제, 아스코르브산 옥시다아제(ascorbic acid oxidase), 알코올 디히드로게나아제, 락카아제(laccase), 티로시나아제(tyrosinase), 갈락토오스 옥시다아제(galactose oxidase) 또는 빌리루빈 옥시다아제(bilirubin oxidase)를 포함할 수 있다. 상기 효소는 그래피틱 물질질의 메쉬 구조 상에 및, 상기 메쉬 구조 내에 고정화되어 포함된 것일 수 있다. 용어 "고정화된(immobilized)"은 효소와 그래피틱 물질 사이의 화학적 또는 물리적 결합을 의미할 수 있다. The enzyme may be an analyte binding material. As used herein, the term “analyte binding materials” or analyte binding reagents may be used interchangeably and may mean an analyte-specific binding material. The binding substance may include a redox enzyme, which may refer to an enzyme for oxidizing or reducing a substrate, for example, oxidase, peroxidase, reductase, catalase or di Examples of such redox enzymes include blood sugar oxidase, lactate oxidase, cholesterol oxidase, glutamate oxidase, horseradish peroxidase (HRP), alcohol oxidase, glucose oxidase (GOx), glucose dehydrogenase Glucose dehydrogenase (GDH), cholesterol esterase, ascorbic acid oxidase ( may include ascorbic acid oxidase, alcohol dehydrogenase, laccase, tyrosinase, galactose oxidase, or bilirubin oxidase. It may be immobilized and included on the mesh structure and within the mesh structure The term “immobilized” may mean a chemical or physical bond between an enzyme and a graphical material.
상기 전극을 프린팅하는 방법, 또는 바이오 센서를 제조하는 방법은 상기 형성된 전극 상에 고분자 물질을 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기한 바와 같이, 일 구체예 따른 조성물은 별도의 개질이 필요없을 수 있으나, 추가적으로 양전하 또는 음전하를 띠도록 양전하 고분자 또는 음전하 고분자로 개질된 것일 수 있다. 상기 양전하 고분자의 예는 PAH (Poly(allyamine)), PDDA (Polydiallyldimethylammonium)), PEI (Poly(ethyleneimine)), 또는 PAMPDDA (Poly(acrylamide-co-diallyldimethylammonium)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 음전하 고분자의 예는 PSS (Poly (4-styrenesulfonate), PAA (Poly(acrylic acid)), PAM (Poly(acryl amide)), Poly(vinylphosphonic acid), PAAMP (Poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid), PATS (Poly(anetholesulfonic acid)), 또는 PVS (Poly(vinyl sulfate))를 포함할 수 있다. The method of printing the electrode or the method of manufacturing the biosensor may further include treating a polymer material on the formed electrode. As described above, the composition according to one embodiment may not need a separate modification, but may be additionally modified with a positive charge polymer or a negative charge polymer to have a positive charge or a negative charge. Examples of the positively charged polymer may include PAH (Poly (allyamine)), PDDA (Polydiallyldimethylammonium), PEI (Poly (ethyleneimine)), or PAMPDDA (Poly (acrylamide-co-diallyldimethylammonium). Examples of Poly (4-styrenesulfonate), PAA (Poly (acrylic acid)), PAM (Poly (acryl amide)), Poly (vinylphosphonic acid), PAAMP (Poly (2-acrylamido-2-methyl-1- propanesulfonic acid), PATS (Poly (anetholesulfonic acid)), or PVS (Poly (vinyl sulfate)).
상기 기판은 전도성 기판 또는 절연 기판일 수 있다. 상기 전극은 제1 전극, 제2 전극, 또는 제3 전극일 수 있고, 작업 전극, 상대 전극, 또는 기준 전극일 수 있다. 또한 상기 전극은 상기 작업 전극, 상대 전극, 또는 기준 전극에 더하여, 보조 전극 및 인식 전극을 더 포함할 수 있다. The substrate may be a conductive substrate or an insulating substrate. The electrode may be a first electrode, a second electrode, or a third electrode, and may be a working electrode, a counter electrode, or a reference electrode. In addition to the working electrode, the counter electrode, or the reference electrode, the electrode may further include an auxiliary electrode and a recognition electrode.
일 양상에 따른 바인더 조성물에 의하면, 탄소물질, 예를 들면, 그래피틱 표면에 강한 결합력을 가진 펩티드 또는 파지를 이용함으로써, 탄소물질 또는 그래피틱 물질 사이의 결합력을 강화시키거나, 탄소 물질과 기판, 또는 탄소 물질과 효소간의 접촉 특성을 좋게 하여 고성능 에너지 소자 또는 바이오 센서를 구현할 수 있는 효과가 있다. According to the binder composition according to one aspect, by using a peptide or a phage having a strong binding force to the carbon material, for example, the graffiti surface, to enhance the binding force between the carbon material or the graffiti material, or the carbon material and the substrate, Alternatively, the contact property between the carbon material and the enzyme may be improved to implement a high performance energy device or a biosensor.
도 1은 일 구체예에 따른 바이오 접착제(제조예 1 내지 제조예 4)를 이용하여 제작한 필름과 비교예 1의 용액을 이용하여 제작한 필름의 수용액 속에서의 안정성의 차이를 보여주는 이미지이다.1 is an image showing the difference in stability in the aqueous solution of the film produced using the bioadhesives (Preparation Examples 1 to 4) and the film prepared using the solution of Comparative Example 1 according to one embodiment.
도 2는 일 구체예에 따른 바이오 접착제의 분사 이미지이다.2 is a spray image of a bioadhesive according to one embodiment.
도 3은 일 구체예에 따른 바이오 접착제를 인쇄하여 제작한 전극(제조예 1)과 비교예 1의 용액을 인쇄하여 제작한 전극에 대해 증류수에 넣은 시간에 따른 면저항의 변화를 나타낸 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the change in sheet resistance with time put in distilled water for the electrode produced by printing a bio-adhesive according to one embodiment (Production Example 1) and the electrode produced by printing a solution of Comparative Example 1.
도 4는 일 구체예에 따른 바이오 접착제를 이용하여 인쇄한 바이오 센서용 전극을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating an electrode for a biosensor printed using a bioadhesive according to one embodiment.
도 5는 일 구체예에 따른 바이오 접착제를 이용하여 인쇄한 다중 바이오 센서용 전극을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating an electrode for multiple biosensors printed using a bioadhesive according to one embodiment.
도 6은 일 구체예에 따른 글루코스 센서의 직접전자전달 피크를 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing a direct electron transfer peak of the glucose sensor according to one embodiment.
도 7은 일 구체예에 따른 글루코스 센서의 주사속도에 따른 산화환원 커브를 보여주는 그래프이다.7 is a graph showing a redox curve according to the scanning speed of the glucose sensor according to an embodiment.
도 8은 일 구체예에 따른 글루코스 센서의 주사속도에 따른 산화환원 피크 전류값을 보여주는 그래프이다.8 is a graph showing a redox peak current value according to a scanning speed of a glucose sensor according to one embodiment.
도 9는 일 구체예에 따른 All-printed 글루코스 센서의 글루코스 농도에 따른 산화환원 커브를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing redox curves according to glucose concentration of an all-printed glucose sensor according to one embodiment.
도 10은 일 구체예에 따른 All-printed 글루코스 센서의 글루코스 농도에 따른 환원 전류의 피크의 변화를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing a change in peak of a reduction current according to glucose concentration of an all-printed glucose sensor according to one embodiment.
도 11은 일 구체예에 따른 글루코스 센서의 인간 혈청 또는 인공 눈물 내 글루코스의 감지 성능을 보여주는 그래프이다.11 is a graph showing the detection performance of glucose in human serum or artificial tears of the glucose sensor according to one embodiment.
도 12는 일 구체예에 따른 락테이트 센서의 락테이트 농도에 따른 산화환원 커브를 보여주는 그래프이다.12 is a graph showing a redox curve according to lactate concentration of the lactate sensor according to an embodiment.
도 13은 일 구체예에 따른 락테이트 센서의 락테이트 농도에 따른 피크 환원 전류값의 변화를 나타내는 그래프이다.13 is a graph illustrating a change in peak reduction current value according to lactate concentration of a lactate sensor according to an exemplary embodiment.
도 14는 일 구체예에 따른 다중 바이오 센서의 글루코스 및 락테이트의 첨가에 따른 전류의 변화를 나타내는 그래프이다.14 is a graph showing a change in current according to the addition of glucose and lactate of the multi-bio sensor according to an embodiment.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.
[제조예 1] 파지를 포함하는 바이오 접착제의 제조  Production Example 1 Preparation of Bioadhesives Containing Phage
본 발명의 일 구현예로서, 바이오 접착제 용액을 하기의 방법으로 제조하였다.In one embodiment of the present invention, a bioadhesive solution was prepared by the following method.
파지 용액의 제조Preparation of Phage Solution
그래피틱 표면과 강한 결합력을 지닌 M13 파지인, 그래피틱 표면과 강한 결합력을 갖는 펩티드인 SWAADIP(서열번호 5)가 디스플레이된 M13파지 (GP1) 및 NPIQAVP(서열번호 6)가 디스플레이된 파지(GP2)를 하기의 방법으로 제조하였다. Phosphorus (GP2) with M13 phage (GP1) and NPIQAVP (SEQ ID NO: 6) displayed with SWAADIP (SEQ ID NO: 5), a peptide having a strong binding force with the graffiti surface; Was prepared by the following method.
우선, M13KE 벡터(NEB, product#N0316S, 서열번호 13)의 1381번째 염기쌍(base pair)인 C를 G로 부위특이적 변이(site-directed mutation)하여 M13HK 벡터를 제작하였다.First, M13HK vector was prepared by site-directed mutation of C, the 1381th base pair of M13KE vector (NEB, product # N0316S, SEQ ID NO: 13) into G.
이때 상기 M13KE 벡터(NEB, product#N0316S)는 7222bp의 DNA로 이루어진 클로닝 벡터(Cloning vector M13KE)로서, 유전자 정보는 인터넷 사이트 (https://www.neb.com/~/media/NebUs/Page%20Images/Tools%20and%20Resources/Interactive%20Tools/DNA%20Sequences%20and%20Maps/Text%20Documents/m13kegbk.txt)에 개시되어 있다. 그리고 상기 부위특이적 변이에 사용한 올리고뉴클레오티드(oligonucleotides)의 염기서열은 다음과 같다: At this time, the M13KE vector (NEB, product # N0316S) is a cloning vector M13KE consisting of DNA of 7222bp, and the genetic information is on the Internet site (https://www.neb.com/~/media/NebUs/Page%). 20Images / Tools% 20and% 20Resources / Interactive% 20Tools / DNA% 20Sequences% 20and% 20Maps / Text% 20Documents / m13kegbk.txt). And the base sequence of the oligonucleotides (oligonucleotides) used for the site-specific mutations are as follows:
5'-AAG GCC GCT TTT GCG GGA TCC TCA CCC TCA GCA GCG AAA GA-3'(서열번호 14), 및5'-AAG GCC GCT TTT GCG GGA TCC TCA CCC TCA GCA GCG AAA GA-3 '(SEQ ID NO: 14), and
5'-TCT TTC GCT GCT GAG GGT GAG GAT CCC GCA AAA GCG GCC TT-3'(서열번호 15). 5'-TCT TTC GCT GCT GAG GGT GAG GAT CCC GCA AAA GCG GCC TT-3 '(SEQ ID NO: 15).
상기 제작된 M13HK 벡터에 제한효소 BspHI (NEB, product# R0517S) 및 BamHI 제한효소(NEB, product#R3136T)를 이용하여 파지 디스플레이 p8 펩티드 라이브러리를 제작하였다. Phage display p8 peptide library was prepared using the restriction enzymes BspHI (NEB, product # R0517S) and BamHI restriction enzyme (NEB, product # R3136T) in the prepared M13HK vector.
본 발명의 일 실시예로서 상기 파지 디스플레이 p8 펩티드 라이브러리의 제조에 사용된 올리고뉴클리오티드의 염기서열은 다음과 같다: As an embodiment of the present invention, the nucleotide sequence of the oligonucleotide used in the preparation of the phage display p8 peptide library is as follows:
5'- TTA ATG GAA ACT TCC TCA TGA AAA AGT CTT TAG TCC TCA AAG CCT CTG TAG CCG TTG CTA CCC TCG TTC CGA TGC TGT CTT TCG CTG CTG -3'(서열번호 16), 및5'- TTA ATG GAA ACT TCC TCA TGA AAA AGT CTT TAG TCC TCA AAG CCT CTG TAG CCG TTG CTA CCC TCG TTC CGA TGC TGT CTT TCG CTG CTG -3 '(SEQ ID NO: 16), and
5'- AAG GCC GCT TTT GCG GGA TCC NNM NNM NNM NNM NNM NNM NNM NCA GCA GCG AAA GAC AGC ATC GGA ACG AGG GTA GCA ACG GCT ACA GAG GCT TT -3'(서열번호 17). 5'- AAG GCC GCT TTT GCG GGA TCC NNM NNM NNM NNM NNM NNM NNM NCA GCA GCG AAA GAC AGC ATC GGA ACG AGG GTA GCA ACG GCT ACA GAG GCT TT-3 '(SEQ ID NO: 17).
상기 제조된 파지 디스플레이 p8 펩티드 라이브러리의 염기서열은 4.8 X 107 pfu(plaque form unit) 가지의 다양성을 가지며 각각의 서열당 1.3 X 105 개 정도의 복제수(copy number)를 지녔다.The base sequence of the prepared phage display p8 peptide library had a variety of 4.8 × 10 7 pfu (plaque form unit) branches and had about 1.3 × 10 5 copy numbers per sequence.
그 다음, 상기 제조된 파지 디스플레이 p8 펩티드 라이브러리를 바이오 패닝(bio-panning) 방법에 의해 그래피틱 표면에 결합시켜 본 발명의 바이오 물질로 사용할 펩티드가 디스플레이 된 파지를 선별하였다. 바이오 패닝 방법은 구체적으로 하기와 같다. The phage display p8 peptide library prepared above was then bound to the graft surface by a bio-panning method to select phages displaying peptides for use as the biomaterials of the present invention. The bio panning method is specifically as follows.
먼저, 그래피틱 표면을 갖는 물질인 HOPG(highly oriented pyrolytic graphite, SPI, product#439HP-AB)를 실험 전에 테이프로 떼어내어 깨끗한(fresh) 표면을 얻어 샘플 표면의 산화 등으로 인한 결함을 최소화시켰다. 이때 HOPG 기판은 입자크기(grain size)가 100 ㎛ 이하의 비교적 큰 HOPG 기판을 사용하였다.First, HOPG (highly oriented pyrolytic graphite, SPI, product # 439HP-AB), a material having a graffiti surface, was peeled off before the experiment to obtain a fresh surface to minimize defects due to oxidation of the sample surface. In this case, a relatively large HOPG substrate having a grain size of 100 μm or less was used as the HOPG substrate.
그리고 상기 제조한 4.8 X 1010 가지(4.8 X 107 가지 다양성, 각 서열마다 복제수 1000개)의 파지 디스플레이 p8 펩티드 라이브러리를 100 ㎕의 TBS(Tris-Buffered Saline) 완충액에 준비한 다음 HOPG 표면과 1시간 동안 100rpm으로 진탕배양기(shaking incubator)에서 반응(conjugating)시켰다. 1 시간 후 용액을 제거한 다음, TBS에서 10번 반복 세척(washing)하였다. 세척된 HOPG 표면에 산성 완충액으로서 pH 2.2의 Tris-HCl을 8분 동안 반응시켜 약하게 반응하는 펩티드를 용리(elution)한 후, 미드-로그(mid-log) 상태인 XL-1 blue E. coli 배양물(culture)을 30분 동안 용리시켰다. 용리된 배양물의 일부는 DNA 시퀀싱(DNA sequencing) 및 펩티드 식별(peptide identification)을 위하여 남겨두고 나머지는 증폭(amplification)해서 다음 라운드를 위한 서브 라이브러리(sub-library)를 만들었다. 이때 만들어진 서브 라이브러리를 이용하여 상기의 과정을 반복하였다. 한편, 남겨둔 플라크(plaque)는 DNA를 분석하여 p8 펩티드 서열을 구하고, 이때 얻어진 서열을 분석하여 그래피틱 물질에 강한 결합능을 갖는 펩티드 서열인 SWAADIP(서열번호 5)이 디스플레이 된 파지(GP1) 및 NPIQAVP(서열번호 6)가 디스플레이된 파지(GP2)를 얻었다.Then, the prepared 4.8 × 10 10 phage display p8 peptide libraries (4.8 × 10 7 diversity, 1000 copies of each sequence) were prepared in 100 μl of Tris-Buffered Saline (TBS) buffer, followed by HOPG surface and 1 The reaction was conjugated in a shaking incubator at 100 rpm. The solution was removed after 1 hour and then washed 10 times in TBS. Elution of weakly reacted peptides by reacting Tris-HCl at pH 2.2 as an acidic buffer for 8 minutes on the washed HOPG surface, followed by culture of XL-1 blue E. coli in mid-log state. Cultures were eluted for 30 minutes. Part of the eluted culture was left for DNA sequencing and peptide identification and the remainder was amplified to create a sub-library for the next round. The above process was repeated using the created sub library. On the other hand, the plaques left were analyzed for DNA to obtain a p8 peptide sequence, and the obtained sequences were analyzed for phages (GP1) and NPIQAVP on which SWAADIP (SEQ ID NO: 5), which is a peptide sequence having a strong binding ability to the graft material, was displayed. Phage (GP2) on which (SEQ ID NO: 6) was displayed was obtained.
콜로이드 용액의 제조Preparation of Colloidal Solutions
먼저, 증류수에 계면 활성제로 소듐 콜레이트(sodium-cholate)를 1 또는 2% w/v의 농도로 첨가한 수용액을 제조한 다음, 그래피틱 물질로 단겹탄소나노튜브(제조사:Nanointegris, SuperPure SWNTs, solution 형태, 농도: 250 ㎍/ml 또는 1000 ㎍/ml)를 48시간 동안 투석하여 단겹탄소나노튜브를 소듐 콜레이트로 안정화시켜 콜로이드 용액을 제조하였다.First, an aqueous solution is prepared by adding sodium cholate (sodium-cholate) as a surfactant to distilled water at a concentration of 1 or 2% w / v, and then using a single layer of carbon nanotubes (manufacturer: Nanointegris, SuperPure SWNTs, solution) Form, concentration: 250 μg / ml or 1000 μg / ml) was dialyzed for 48 hours to stabilize the single-walled carbon nanotubes with sodium cholate to prepare a colloidal solution.
이때 탄소나노튜브(CNT)의 평균 길이를 1 ㎛, 평균 지름을 1.4 nm로 가정했을 때, 상기 콜로이드 용액에 포함된 단겹탄소나노튜브 개수의 계산식은 다음과 같다.In this case, assuming that the average length of carbon nanotubes (CNT) is 1 μm and the average diameter is 1.4 nm, the formula of the number of single-layer carbon nanotubes included in the colloidal solution is as follows.
[수학식 1][Equation 1]
단겹탄소나노튜브 개수(개/ml) = 농도 ㎍/ml X 3 x 1011 CNTSingle carbon nanotubes (pieces / ml) = concentration μg / ml X 3 x 10 11 CNT
상기 수학식에 의하면 상기 1000 ㎍/ml 콜로이드 용액에 포함된 단겹탄소나노튜브 개수는 3X1014 개/ml임을 알 수 있다. 부피당 단겹탄소나노튜브의 개수는 투석한 용액과 동일한 농도의 소듐 콜레이트 수용액을 이용하여 조절하였다.According to the above equation, it can be seen that the number of single carbon nanotubes contained in the 1000 μg / ml colloidal solution is 3 × 10 14 / ml. The number of single carbon nanotubes per volume was controlled using an aqueous sodium cholate solution of the same concentration as the dialyzed solution.
바이오 접착제의 제조Preparation of Bio Adhesives
TBS(Tris-Buffered saline) 완충액에 상기 그래피틱 물질의 표면과 강한 결합력을 지닌 M13 파지(GP1)을 6X1013 개/ml의 농도로 분산시켰다. 상기 제조예 1에서 제조한 콜로이드 용액과 상기 M13 파지 용액을 부피비 2:1로 섞음으로써 그래피틱 물질과 M13 파지(GP1)을 10:1의 몰비율로 혼합하였다. 이때 M13 파지 용액에 포함된 M13 입자의 개수는 다음의 실험식으로 계산하였다. A269nm 와 A320 nm는 빛의 파장이 269 nm와 320 nm에서의 용액의 흡광도를 나타낸다.TBS (Tris-Buffered saline) the M13 phage (GP1) having a surface and a strong bonding force of the material in our tick buffer was dispersed at a concentration of 6X10 13 gae / ml. By mixing the colloidal solution prepared in Preparation Example 1 and the M13 phage solution in a volume ratio of 2: 1, the graffiti material and M13 phage (GP1) were mixed in a molar ratio of 10: 1. The number of M13 particles contained in the M13 phage solution was calculated by the following empirical formula. A 269nm and A320 nm represents the absorbance of the solution at the wavelength of the light, 269 nm and 320 nm.
[수학식 2][Equation 2]
Figure PCTKR2018003844-appb-I000001
Figure PCTKR2018003844-appb-I000001
[제조예 2-4] 파지 유래 펩티드를 이용한 바이오 접착제의 제조Production Example 2-4 Preparation of Bioadhesive Using Phage-derived Peptide
그래피틱 표면과 특이적으로 결합하는 파지 유래 펩티드를 화학적으로 합성하여 (㈜ 펩트론사) 1 mg/mL 농도로 준비하였다. 파지 유래 펩티드는 구체적으로 3가지를 사용하였다. 펩티드 서열번호 9(ADSWAADIPDPA)(제조예 2), 두 개의 펩티드 서열번호 9를 링커로 연결한 펩티드 서열번호 10(ADSWAADIPDPAGGG ADSWAADIPDPA)(제조예 3), 및 파지의 일부 서열(KAA)을 더 포함하는 두 개의 펩티드를 링커로 연결한 펩티드 서열번호 11(ADSWAADIPDPAKAAGGGADSWAADIPDPAKAA)(제조예 4)을 사용하였다. 두 개의 펩티드 서열을 링커로 연결하여 각각의 펩티드가 하나의 그래피틱 물질에 결합하고 결과적으로, 두 개의 그래피틱 물질을 연결할 수 있게 하였다. 준비된 상기 서열번호 9 내지 11의 펩티드 1 mL와 상기 제조예 1에 기재된 방법으로 준비한 1 mL의 단겹탄소나노튜브 콜로이드 용액(3.0 X 1014 개/mL)을 혼합하였다. Phage-derived peptides that specifically bind to the graft surface were chemically synthesized (Peptron, Inc.) and prepared at a concentration of 1 mg / mL. Phage-derived peptides were specifically used three. Peptide SEQ ID NO: 9 (ADSWAADIPDPA) (Preparation Example 2), Peptide SEQ ID NO: 10 (ADSWAADIPDPAGGG ADSWAADIPDPA) (Preparation Example 3) linking two peptide SEQ ID NO: 9 (Preparation Example 3), and part of the phage (KAA) Peptide SEQ ID NO: 11 (ADSWAADIPDPAKAAGGGADSWAADIPDPAKAA), in which two peptides were linked with a linker, was used. The two peptide sequences were linked with a linker, allowing each peptide to bind to one graffiti material and consequently to connect two graffiti materials. 1 mL of the peptides of SEQ ID NOS: 9 to 11 and 1 mL of a single carbon nanotube colloidal solution (3.0 X 10 14 / mL) prepared by the method described in Preparation Example 1 were mixed.
[비교예 1] 콜로이드 용액만 포함하는 잉크 용액의 제조 Comparative Example 1 Preparation of an Ink Solution Containing Only a Colloidal Solution
상기 제조예 1에서 제조한 콜로이드 용액을 이용하였다.The colloidal solution prepared in Preparation Example 1 was used.
[실험예 1] 바이오 접착제를 이용하여 제작한 필름과 비교예 1의 용액을 이용한 필름의 수용액 속에서의 안정성 평가 Experimental Example 1 Evaluation of Stability in an Aqueous Solution of a Film Made Using a Bioadhesive and a Film Using the Solution of Comparative Example 1
제조예 1 내지 4에서 제조한 바이오 접착제(단겹탄소나노튜브 1000 ㎍/ml, 소듐 콜레이트 1 w/v%를 이용)와 비교예 1에서 제조한 콜로이드 용액(단겹탄소나노튜브 1000 ㎍/ml, 소듐 콜레이트 1 w/v%)만을 포함하는 잉크를 이용하여 상용적으로 구매가 가능한 Polyethylene terephthalate(PET) 필름에 5 μL를 떨어뜨려 건조시킨 후 증류수에 넣어 6분 후의 변화를 확인함으로써 필름의 수용액 속에서의 안정성을 평가하였고, 그 결과를 도 1에 나타내었다.Bioadhesives prepared in Preparation Examples 1 to 4 (using 1000 μg / ml of single layer carbon nanotubes and 1 w / v% of sodium cholate) and colloidal solutions (1000 μg / ml of single layer carbon nanotubes, sodium) prepared in Comparative Example 1 5 μL was added to a commercially available Polyethylene terephthalate (PET) film using an ink containing only cholate 1 w / v%), and dried in distilled water to check the change after 6 minutes. The stability of was evaluated, and the results are shown in FIG.
도 1에 나타난 바와 같이 제조예 1 내지 4에서 제조한 바이오 접착제를 이용하여 제작한 필름은 증류수 내에서 기존의 형상을 유지하는 것을 확인한 반면 비교예 1에서 제조한 콜로이드를 이용하여 제작한 필름은 증류수에 녹아 기존의 형상이 많이 무너진 것을 확인할 수 있었다. 상기의 결과로 바이오 접착제를 이용하여 제작한 단겹탄소나노튜브 필름은 수용액상에서 높은 안정성을 보임을 알 수 있다.As shown in FIG. 1, the film produced using the bioadhesives prepared in Preparation Examples 1 to 4 was confirmed to maintain the existing shape in distilled water, whereas the film produced using the colloid prepared in Comparative Example 1 was distilled water. It melted in the existing shape was found to have collapsed a lot. As a result, it can be seen that the single carbon nanotube film produced using the bioadhesive shows high stability in aqueous solution.
[실험예 2] 바이오 접착제를 이용하여 제작한 센서 전극과 비교예 1의 용액을 이용한 전극의 전기전도도 특성의 안정성 평가 Experimental Example 2 Evaluation of Stability of Electrical Conductivity Characteristics of Sensor Electrode Prepared Using Bioadhesive and Electrode Using Solution of Comparative Example 1
제조예 1에서 제조한 바이오 접착제 (단겹탄소나노튜브 250 ㎍/ml, 소듐 콜레이트 2 w/v%를 이용)와 비교예 1에서 제조한 콜로이드 용액(단겹탄소나노튜브 250 ㎍/ml, 소듐 콜레이트 2 w/v%)만을 포함하는 잉크를 이용하여 상용적으로 구매가 가능한 인화지(photo paper glossy 210 ㎛, 한솔)에 5번 또는 10번 인쇄함으로써 센서용 전극을 제조하였다. 바이오 접착제를 포함하는 잉크의 분사 이미지를 도 2에 나타내었다. 이후, 전극 패턴을 증류수에 일정 시간간격으로 넣었다 꺼내 면저항을 측정함으로써 전극의 전기전도도 특성의 수용액 내 안정성을 평가하였다. 면저항의 측정은 반더포 (Van der Pauw) 방식을 이용하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.Bioadhesive prepared in Preparation Example 1 (using 250 ㎍ / ml single carbon nanotube, 2 w / v% sodium cholate) and colloidal solution prepared at Comparative Example 1 (250 ㎍ / ml single carbon nanotube, sodium cholate 2 A sensor electrode was manufactured by printing five or ten times on photo paper glossy 210 μm (Hansol) which is commercially available using an ink containing only w / v%). The jet image of the ink including the bioadhesive is shown in FIG. 2. Thereafter, the electrode pattern was put in distilled water at a predetermined time interval and the sheet resistance was measured to evaluate the stability in the aqueous solution of the electrical conductivity characteristics of the electrode. The sheet resistance was measured by Van der Pauw method, and the results are shown in FIG. 3.
도 3에 나타난 바와 같이, 바이오 접착제를 이용해 제조한 전극의 경우 20분간 증류수에 넣었다 꺼내었을 때 5번 프린트 한 경우 증류수에 넣기 전에 비해 면저항이 평균 35% 증가하였고, 10번 인쇄한 경우 저항이 증가하지 않았다. 반면 콜로이드 용액만을 포함하는 잉크를 이용하여 제조한 전극의 경우 5번 인쇄 시 면저항이 293%, 10번 인쇄 시 143% 증가하였다. 상기의 결과로 바이오 접착제로 제조된 센서 전극은 전도도가 좋을 뿐 아니라 수용액 내에서 높은 전기전도도의 안정성을 가짐을 알 수 있다.As shown in Figure 3, in the case of the electrode prepared using the bio-adhesive for 20 minutes when taken out after distilled water when printed 5 times, the sheet resistance increased by 35% on average compared to before putting in distilled water, 10 times the resistance increased Did not do it. On the other hand, in the case of the electrode manufactured using the ink containing only the colloidal solution, the sheet resistance increased by 293% when printed five times and 143% when printed ten times. As a result, it can be seen that the sensor electrode made of the bioadhesive has not only good conductivity but also high electrical conductivity in aqueous solution.
[제조예 5] 바이오 접착제를 이용한 제 3세대 글루코스 센서의 제조Preparation Example 5 Preparation of Third Generation Glucose Sensor Using Bioadhesive
제조예 1에서 제조한 바이오 접착제를 잉크젯 프린팅 공법을 통하여 상용적으로 구매가 가능한 인화지(photo paper glossy 210 ㎛, 한솔)에 인쇄하였다. 인쇄한 바이오 센서의 형상을 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 바이오 센서용 전극은 작업 전극 (working electrode), 기준 전극 (reference electrode)과 상대 전극 (counter electrode)으로 이루어져 있다. The bioadhesive prepared in Preparation Example 1 was printed on photo paper glossy 210 μm (Hansol) which is commercially available through an inkjet printing method. The shape of the printed biosensor is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the electrode for the biosensor includes a working electrode, a reference electrode, and a counter electrode.
전극을 인쇄한 다음, 5μL의 5 w/v % polyethyleneimine(PEI) 수용액을 상기 인쇄된 전극의 작업 전극에 떨어뜨린 후 건조시켰다. 건조가 완료된 후 증류수를 이용하여 여분의 PEI를 씻어내었다. 그 다음, 100 mg/ml 농도의 글루코스 옥시다아제 효소 (GOx) 수용액 5 μL를 추가적으로 작업전극에 떨어뜨린 후 건조시켜 3세대 글루코스 센서를 제조하였다.After the electrode was printed, 5 μL of 5 w / v% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution was dropped onto the working electrode of the printed electrode and dried. After drying was completed, excess PEI was washed off with distilled water. Thereafter, 5 μL of an aqueous solution of glucose oxidase enzyme (GOx) at a concentration of 100 mg / ml was further dropped on the working electrode, followed by drying to prepare a third generation glucose sensor.
[제조예 6] 바이오 접착제를 이용한 제 3세대 락테이트 센서의 제조Preparation Example 6 Preparation of Third Generation Lactate Sensor Using Bioadhesive
제조예 5와 같은 방식으로 바이오 센서용 전극을 인쇄하였다. 그 다음, 5 μL의 5 w/v % polyethyleneimine(PEI) 수용액을 상기 인쇄된 전극의 작업 전극에 떨어뜨린 후 건조시켰다. 건조가 완료된 후 증류수를 이용하여 여분의 PEI를 씻어내었다. 100 mg/ml 농도의 락테이트 옥시다아제 효소 (LOx) 수용액 5 μL를 추가적으로 작업전극에 떨어뜨린 후 건조시켜 3세대 락테이트 센서를 제조하였다.The electrode for a biosensor was printed in the same manner as in Preparation Example 5. Then, 5 μL of 5 w / v% polyethyleneimine (PEI) aqueous solution was dropped on the working electrode of the printed electrode and dried. After drying was completed, excess PEI was washed off with distilled water. 5 μL of an aqueous lactate oxidase enzyme (LOx) solution at a concentration of 100 mg / ml was further dropped on the working electrode and dried to prepare a third generation lactate sensor.
[제조예 7] All-printed 제 3세대 글루코스 센서의 제조Preparation Example 7 Preparation of All-printed Third Generation Glucose Sensor
상기 제조예 5와 같은 방식으로 바이오 접착제를 이용하여 도 4의 형상으로 전극을 인쇄하였다. 그 다음, PEI 5 w/v % 용액을 잉크젯 프린팅 공법을 통하여 작업전극에 인쇄 후 건조시켰다. 건조가 완료된 후 증류수를 이용하여 여분의 PEI를 씻어내었다. 100 mg/ml 농도의 GOx 효소 수용액을 작업전극에 10 번 인쇄함으로써 all-printed 3세대 글루코스 센서를 제조하였다.An electrode was printed in the shape of FIG. 4 using the bioadhesive in the same manner as in Preparation Example 5. Then, PEI 5 w / v% solution was printed on the working electrode through the inkjet printing method and dried. After drying was completed, excess PEI was washed off with distilled water. An all-printed third generation glucose sensor was prepared by printing a 100 mg / ml concentration of GOx enzyme solution 10 times on the working electrode.
[제조예 8] 바이오 접착제를 이용한 다중 바이오 센서의 제조Production Example 8 Fabrication of Multiple Biosensors Using Bioadhesives
제조예 1에서 제조한 바이오 접착제를 포함하는 잉크를 잉크젯 프린팅 공법을 통하여 상용적으로 구매가 가능한 인화지(photo paper glossy 210 ㎛, 한솔)에 다중 바이오 센서용 전극을 인쇄하였다. 인쇄한 다중 바이오 센서의 형상을 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이, 다중 바이오 센서용 전극은 두 개의 작업 전극 (working electrode)과 1개의 상대 전극 (counter electrode)으로 이루어져 있다. The ink containing the bioadhesive prepared in Preparation Example 1 was printed on photo paper glossy 210 μm (Hansol), which is commercially available through an inkjet printing method, to print electrodes for multiple biosensors. The shape of the printed multiple biosensor is shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5, an electrode for multiple biosensors is composed of two working electrodes and one counter electrode.
다중 바이오 센서용 전극을 인쇄한 다음, 두 개의 작업전극에 PEI 5 w/v % 용액을 떨어뜨린 후 건조시켰다. 건조가 완료된 후 증류수를 이용하여 여분의 PEI를 씻어내었다. 100 mg/ml 농도의 GOx 효소 수용액 5 μL와 100 mg/ml 농도의 LOx 효소 수용액 5 μL를 도 5에 표기된 각각의 전극에 떨어뜨리고 건조시킴으로써 글루코스와 락테이트를 측정할 수 있는 다중 바이오 센서를 제조하였다.After printing the electrode for multiple biosensors, the PEI 5 w / v% solution was dropped on two working electrodes and dried. After drying was completed, excess PEI was washed off with distilled water. 5 μL of an aqueous solution of GOx enzyme at a concentration of 100 mg / ml and 5 μL of an aqueous solution of LOx enzyme at a concentration of 100 mg / ml were dropped on each electrode shown in FIG. 5 and dried to prepare a multi biosensor capable of measuring glucose and lactate. It was.
[실험예 3] 바이오 접착제를 이용하여 제작한 센서 전극의 전기화학적 활성도 측정 Experimental Example 3 Measurement of Electrochemical Activity of Sensor Electrode Fabricated Using Bioadhesive
제조예 5에서 제조한 글루코스 센서를 10 mM PBS buffer (pH = 7.4, 79383, Sigma Aldrich) 용액에서 -0.6 V ~ -0.1 V의 음의 전압으로 200 mV/s의 속도로 전압을 주사하였고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.The glucose sensor prepared in Preparation Example 5 was injected at a rate of 200 mV / s at a negative voltage of -0.6 V to -0.1 V in a 10 mM PBS buffer (pH = 7.4, 79383, Sigma Aldrich) solution. The results are shown in FIG.
도 6에 나타난 바와 같이, 제조된 글루코스 센서는 Ag/AgCl 기준 전극 (3 M KCl saturated, PAR, K0260) 대비 약 -400 mV 범위에서 강한 산화 환원 피크가 Cyclic voltammetry (CV) 상에 나타남을 알 수 있다. 이는 GOx 내의 산화환원 센터 (FAD redox center)가 단겹탄소나노튜브와 효율적/직접적으로 전기적 쌍을 형성하기 때문에 직접적인 전자 주고 받음(Direct-Electron-Transfer, DET)이 아래 반응식과 같이 일어났음을 의미한다. As shown in FIG. 6, the manufactured glucose sensor showed strong redox peaks on Cyclic voltammetry (CV) in the range of about -400 mV compared to the Ag / AgCl reference electrode (3 M KCl saturated, PAR, K0260). have. This means that the direct-electron-transfer (DET) takes place as shown below because the FAD redox center in GOx efficiently and directly forms electrical pairs with single-walled carbon nanotubes. .
FAD + 2H+ + 2e- -> FADH2 FAD + 2H + + 2e - - > FADH 2
또한, 주사 속도를 20 mV/s에서 순차적으로 2000 mV/s까지 변화시키며 CV를 측정하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었고, 각각의 주사 속도에 따른 산화 환원 전류의 피크 값을 도 8에 나타내었다. In addition, the CV was measured while changing the scanning speed from 20 mV / s to 2000 mV / s sequentially, the results are shown in Figure 7, the peak value of the redox current according to each scanning speed is shown in Figure 8 It was.
도 8에 나타난 바와 같이, 20 mV/s에서 순차적으로 2000 mV/s까지 전압 주사 속도를 증가 시켰을 때도 산화 환원 전류가 직선적으로 증가함을 보이며, 이를 통해 표면 제어 반응임을 확인하였다. 이러한 반응을 바탕으로 바이오 접착제를 이용하여 제조한 바이오 센서 전극에 존재하는 효소가 전극과 효율적으로 전자를 직접 주고 받을 수 있음을 알 수 있다.As shown in FIG. 8, the redox current increased linearly even when the voltage scan rate was sequentially increased from 20 mV / s to 2000 mV / s, thereby confirming the surface control reaction. Based on this reaction, it can be seen that the enzymes present in the biosensor electrode manufactured using the bioadhesive can directly exchange electrons with the electrode efficiently.
[실험예 4] 바이오 접착제를 이용하여 제작한 GOx 효소 전극의 글루코스에 대한 반응성 평가 Experimental Example 4 Evaluation of Reactivity to Glucose of GOx Enzyme Electrode Prepared Using Bioadhesive
제조예 5에서 제조한 글루코스 센서를 10 μM 내지 7500 μM의 글루코스가 포함된 10 mM PBS buffer (pH = 7.4, 79383, Sigma Aldrich) 용액 상에서 200 mV/s의 속도로 전압을 주사하면서 CV를 측정하였고, 그 결과를 도 9에 나타내었다. The glucose sensor prepared in Preparation Example 5 was measured CV while injecting a voltage at a rate of 200 mV / s on a 10 mM PBS buffer (pH = 7.4, 79383, Sigma Aldrich) solution containing 10 μM to 7500 μM glucose The results are shown in FIG. 9.
도 10에 나타난 바와 같이, -0.1 V에서 -0.6 V사이로 전압을 인가한 상태에서, 10mM PBS buffer 상에 포함된 글루코스 농도를 증가시켰을 때, 환원 전류가 1000 uM의 글루코스 농도까지 직선적으로 양의 방향으로 증가하는 형태를 보임을 알 수 있다. 이렇게 측정된 글루코스 센서의 감도는 약 ~62.1 ㎄/mM cm2로 측정되었다. 2500uM 보다 높은 글루코스 농도에서는 환원 전극의 변화가 거의 나타나지 않았는데, 이는 전극에 포함된 효소가 처리할 수 있는 글루코스 농도보다 용액 내 글루코스의 농도가 더 높아서 나타난 결과이며, 전극에 포함된 효소의 양을 증가시킴으로써 분석할 수 있는 글루코스의 양을 더 늘릴 수 있다. 상기의 결과로, 본 발명에 따른 DET 기반의 글루코스 센서는 비침습적 방식으로 채취가 가능한 사람의 체액 (땀, 눈물, 침 등) 내에 포함되어 있는 글루코스 농도 범위 (100 μM ~ 500 μM) 에서 환원 전류의 범위가 높은 민감도를 가지고 직선적으로 변하기 때문에, DET 기반의 제 3세대 웨어러블 바이오 센서로 사용 가능함을 알 수 있다. As shown in FIG. 10, when the glucose concentration included in the 10 mM PBS buffer was increased while a voltage was applied between −0.1 V and −0.6 V, the reduction current was linearly positive up to the glucose concentration of 1000 uM. It can be seen that the form increases. The sensitivity of the glucose sensor thus measured was approximately ˜62.1 dB / mM cm 2 . At glucose concentrations higher than 2500 uM, little change was observed in the reduction electrode, which is the result of a higher concentration of glucose in solution than the glucose concentration that the enzyme contained in the electrode could handle, increasing the amount of enzyme contained in the electrode. This can further increase the amount of glucose that can be analyzed. As a result of the above, the DET-based glucose sensor according to the present invention has a reduction current in the glucose concentration range (100 μM to 500 μM) contained in human body fluids (sweat, tear, saliva, etc.) that can be collected in a non-invasive manner. Since the range of is highly linear with high sensitivity, it can be seen that it can be used as a third generation wearable biosensor based on DET.
[실험예 5] 바이오 접착제를 이용하여 제작한 GOx 효소 전극의 글루코스에 대한 선택성 평가Experimental Example 5 Evaluation of Selectivity to Glucose of GOx Enzyme Electrode Prepared Using Bioadhesive
제조예 5에서 제조한 글루코스 센서의 글루코스 반응에 대한 선택성에 대하여 평가하였다. 구체적으로, 10 mM PBS, 10 mM PBS 중 10 mM 글루코스, PBS 중 인간 혈청(~11 mM), 및 인공 눈물 중 10 mM 글루코스에 대해서 -0.6 V ~ -0.1 V의 음의 전압으로 200 mV/s의 속도로 전압을 주사하면서 측정하였고, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 인공 눈물 및 인간 혈청에는 글루코스 뿐만 아니라 다른 많은 방해인자요소들을 포함하고 있으므로 이들 용액에 대한 글루코스 센서의 반응을 비교함으로써 글루코스 센서의 선택성을 평가할 수 있다. The selectivity to glucose response of the glucose sensor prepared in Preparation Example 5 was evaluated. Specifically, 200 mV / s at negative voltages of -0.6 V to -0.1 V for 10 mM PBS, 10 mM glucose in 10 mM PBS, human serum (~ 11 mM) in PBS, and 10 mM glucose in artificial tears. It was measured while scanning the voltage at a rate of, and the results are shown in FIG. Since artificial tears and human serum contain not only glucose but also many other interfering factors, the selectivity of the glucose sensor can be assessed by comparing the response of the glucose sensor to these solutions.
도 11에 나타난 바와 같이, 일 구체예에 따른 바이오 접착제를 이용하여 제작한 GOx 효소 전극의 3세대 바이오 센서는 버퍼 용액인 10 mM PBS 용액에서뿐만 아니라, 인간 혈청 또는 인공 눈물 등 실제 생리학적 환경에서도 안정적으로 구동함을 보임으로써, 침/눈물/땀 등의 비침습적 방식으로 채집이 가능한 생채 용액에서 구동이 가능함을 알 수 있다. As shown in FIG. 11, the third-generation biosensor of the GOx enzyme electrode prepared using the bioadhesive according to one embodiment is stable not only in a 10 mM PBS solution, which is a buffer solution, but also in a real physiological environment such as human serum or artificial tears. By driving in, it can be seen that it is possible to drive in a raw vegetable solution that can be collected in a non-invasive manner, such as saliva / tear / sweat.
[실험예 6] 바이오 접착제를 이용하여 제작한 LOx 효소 전극의 락테이트에 대한 반응성 평가Experimental Example 6 Evaluation of Reactivity to Lactate of LOx Enzyme Electrode Prepared Using Bioadhesive
제조예 6에서 제조한 락테이트 센서를 10 μM 에서 2500 μM의 락테이트가 포함된 10 mM PBS buffer (pH = 7.4, 79383, Sigma Aldrich) 용액 상에서 200 mV/s의 속도로 전압을 주사하면서 CV를 측정하였고, 그 결과를 도 12 및 도 13에 나타내었다. The lactate sensor prepared in Preparation Example 6 was subjected to CV injection at a rate of 200 mV / s on a 10 mM PBS buffer (pH = 7.4, 79383, Sigma Aldrich) solution containing 10 to 2500 μM lactate. Measurements were made and the results are shown in FIGS. 12 and 13.
도 12에 나타난 바와 같이, Ag/AgCl 기준 전극 대비 약 -375 mV 범위에서 강한 산화 환원 피크가 Cyclic voltammetry (CV) 상에 나타남을 알 수 있다. 상기의 결과는 LOx 내의 산화환원 센터 (FAD redox center)가 인쇄 전극 내의 단겹탄소나노튜브와 직접적인 전자 주고 받음 (Direct-Electron-Transfer, DET)이 효율적으로 일어남을 의미한다. 또한, -0.2 V에서 -0.6 V사이로 전압을 인가한 상태에서 10 mM PBS buffer 상에 포함된 락테이트 농도를 증가시켰을 때, 도 13에 나타낸 바와 같이, 환원 전류가 직선적으로 양의 방향으로 증가하는 형태를 보임을 알 수 있다. 이렇게 측정된 락테이트 센서의 감도는 약 ~116 ㎄/mM cm2으로 측정되었다. As shown in FIG. 12, it can be seen that a strong redox peak appears on Cyclic voltammetry (CV) in the range of about −375 mV relative to the Ag / AgCl reference electrode. The above results indicate that the FAD redox center in LOx efficiently transfers direct-electron-transfer (DET) to single-layer carbon nanotubes in the printed electrode. In addition, when the lactate concentration contained on the 10 mM PBS buffer was increased in a state where a voltage was applied between -0.2 V and -0.6 V, as shown in FIG. 13, the reducing current increased linearly in the positive direction. It can be seen that the form. The sensitivity of the lactate sensor thus measured was measured to be ˜116 dB / mM cm 2 .
[실험예 7] 바이오 접착제를 이용하여 제작한 다중 바이오 센서의 특성 평가Experimental Example 7 Evaluation of Characteristics of Multiple Biosensors Prepared Using Bioadhesives
제조예 8에서 제조된 GOx, LOx 효소 기반 다중 바이오 센서의 작업 전극에 -0.4 V를 인가하고 각 전극에서 나오는 전류를 측정하였고, 그 결과를 도 14에 나타내었다. -0.4 V was applied to the working electrode of the GOx, LOx enzyme-based multiple biosensor prepared in Preparation Example 8, and the current from each electrode was measured. The results are shown in FIG.
도 14에 나타낸 바와 같이, 글루코스를 첨가했을 때 GOx 효소 작업 전극에서는 양의 방향으로의 전류의 증가가 관찰된 반면에, LOx 효소 작업 전극에서는 전류의 증가가 관찰되지 않았다. 또한, 락테이트가 첨가 되었을 때에는 LOx 효소 작업 전극에서는 전류 증가가 관찰되었으나, GOx 효소 작업 전극에서는 전류의 증가가 관찰되지 않았다. 또한 동시에 글루코스와 락테이트를 첨가하였을 때는 동시에 두 작업 전극에서 전류의 증가가 관찰되었다. 이는 각 GOx 효소 작업 전극과 LOx 효소 작업 전극이 각각의 기판에서만 효소반응에 의한 전류 증가가 유도됨을 의미하고, 따라서, 일 구체예에 따른 센서는 높은 선택성 뿐만 아니라, 다중 작업 전극 기반의 Multiple array 바이오 센서로서도 사용 가능함을 알 수 있다. As shown in FIG. 14, an increase in current in the positive direction was observed at the GOx enzyme working electrode when glucose was added, while no increase in current was observed at the LOx enzyme working electrode. In addition, an increase in current was observed at the LOx enzyme working electrode when lactate was added, but no increase in current was observed at the GOx enzyme working electrode. In addition, when glucose and lactate were added at the same time, an increase in current was observed at both working electrodes. This means that each GOx enzyme working electrode and LOx enzyme working electrode induces an increase in current due to enzymatic reaction only on each substrate. Thus, the sensor according to one embodiment is not only highly selective, but also multiple array bio-based based on multiple working electrodes. It can be seen that it can also be used as a sensor.

Claims (18)

  1. 탄소 물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 펩티드가 디스플레이된 파지, 및 탄소 물질을 포함하는 바인더 조성물. A binder composition comprising a peptide having a binding capacity to a carbon material or a phage on which the peptide is displayed, and a carbon material.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지를 포함하는 용액 및 상기 탄소 물질을 포함하는 콜로이드 용액을 포함하는 것인 조성물. The composition of claim 1, wherein the peptide or solution comprises a colloidal solution comprising the carbon material and a solution comprising the displayed phage.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 펩티드 또는 상기 펩티드가 디스플레이된 파지를 포함하는 용액은 상기 펩티드 또는 상기 파지가 용액 내에 분산되어 있는 것인 조성물. The composition of claim 2, wherein the peptide or the solution comprising the phage on which the peptide is displayed is the peptide or the phage dispersed in the solution.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 조성물은 기판 상에 프린팅된 후 건조되어 전극을 형성하는 것인 조성물. The composition of claim 1, wherein the composition is printed on a substrate and then dried to form an electrode.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 탄소 물질 사이의 결합력 또는 탄소 물질과 상기 기판 사이의 결합력이 강화되어 상기 탄소 물질은 수용액상에서 증가된 안정성을 나타내는 것인 조성물. The composition of claim 4, wherein the bond between the carbon material or the bond between the carbon material and the substrate is enhanced such that the carbon material exhibits increased stability in aqueous solution.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 파지는 탄소 물질에 대한 결합능을 갖도록 유전적으로 조작된 파지인 것인 조성물. The composition of claim 1, wherein the phage is a phage genetically engineered to have a binding capacity to a carbon material.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소 물질은 그래핀 시트, 고배향성 열분해흑연(Highly oriented pyrolytic graphite; HOPG) 시트, 단겹 탄소나노튜브(Single-walled carbon nanotube), 이겹 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotubes), 다겹탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube) 및 풀러린(fullerene)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것인 조성물. The method of claim 1, wherein the carbon material is a graphene sheet, a highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) sheet, single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes , At least one selected from the group consisting of multi-walled carbon nanotubes and fullerenes.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 펩티드 또는 펩티드가 디스플레이된 파지는 탄소 물질과 네트워크 구조를 형성하는 것인 조성물. The composition of claim 1, wherein the peptide or phage on which the peptide is displayed forms a network structure with the carbon material.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 펩티드는 서열번호 1 내지 12의 아미노산 서열로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인 조성물. The composition of claim 1, wherein the peptide comprises one or more selected from the group consisting of amino acid sequences of SEQ ID NOs: 1-12.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 파지는 M13 파지, F1 파지, Fd 파지, If1 파지, Ike 파지, Zj/Z 파지, Ff 파지, Xf 파지, Pf1 파지 또는 Pf3 파지인 것인 조성물.The composition of claim 1, wherein the phage is M13 phage, F1 phage, Fd phage, If1 phage, Ike phage, Zj / Z phage, Ff phage, Xf phage, Pf1 phage or Pf3 phage.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 파지는 상기 펩티드의 C-말단이 파지의 외피 단백질의 N-말단에 연결되거나, 또는 상기 펩티드가 파지의 외피 단백질의 연속되는 아미노산 서열 사이에 삽입되거나 또는 외피 단백질의 연속되는 아미노산 서열을 치환한 것인 조성물.The phage of claim 1, wherein the C-terminus of the peptide is linked to the N-terminus of the coat protein of the phage, or the peptide is inserted between contiguous amino acid sequences of the coat protein of the phage or the sequence of the coat protein. A composition in which the amino acid sequence is substituted.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 외피 단백질은 M13 파지의 p3, p6, p8 및 p9로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인 조성물. The composition of claim 11, wherein the envelope protein is any one or more selected from the group consisting of p3, p6, p8 and p9 of M13 phage.
  13. 탄소 물질에 결합능을 갖는 펩티드 또는 펩티드가 디스플레이된 파지, 및 탄소 물질을 포함하는 전극 프린팅용 조성물. A composition for electrode printing, comprising a peptide having a binding capacity to a carbon material or a phage displayed on the peptide, and a carbon material.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 전극은 전기화학 소자인 것인 조성물. The composition of claim 13, wherein the electrode is an electrochemical device.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 조성물은 잉크젯 프린팅용 잉크 조성물인 것인 조성물. The composition of claim 13, wherein the composition is an ink composition for inkjet printing.
  16. 청구항 13의 전극 프린팅용 조성물을 기판에 잉크젯 프린팅하는 단계; 및 Inkjet printing the composition for electrode printing of claim 13 onto a substrate; And
    상기 프린팅된 조성물을 건조시켜 전극을 형성하는 단계를 포함하는 전극을 프린팅하는 방법. Drying the printed composition to form an electrode.
  17. 청구항 13의 전극 프린팅용 조성물을 기판에 잉크젯 프린팅하는 단계; 및 Inkjet printing the composition for electrode printing of claim 13 onto a substrate; And
    상기 프린팅된 조성물을 건조시켜 전극을 형성하는 단계; 및 Drying the printed composition to form an electrode; And
    상기 형성된 전극 상에 효소를 형성하는 단계를 포함하는 바이오 센서를 제조하는 방법. A method of manufacturing a biosensor comprising forming an enzyme on the formed electrode.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 효소를 형성하는 단계 전에 상기 형성된 전극 상에 고분자 물질을 처리하는 단계를 더 포함하는 것인 바이오 센서를 제조하는 방법. The method of claim 17, further comprising treating a polymer material on the formed electrode prior to forming the enzyme.
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