Glucose sensor 화공생명공학과 20051294 홍창민 < Integrated Biotechnology Project І > Glucose sensor 화공생명공학과 20051294 홍창민

Contents 1) Biosensor 2) Enzyne-sensor 3) Glucose sensor 4) 실험목적 5) Cyclic voltammetry 6) Chronoamperometry 7) Discussion 8) Glucose sensor의 상용화

Biosensor 어떤 생물학적인 물체를 신호변환기와 밀접하게 결합시켜 소형화한 센서 목적 : 임의의 분석대상물질이나 그와 관련된 물질의 양에 비례하는 전기적 신호를 만들 수 있다 측정 대상에 대한 탁월한 선택성 상온, 상압 등 온화한 조건에서 작동 예민한 감도 생체물질!!

The Principle of Biosensor

Enzyme-sensor 1962년 Clark가 처음으로 산소센서를 이용한 효소전극을 제안 생체 내 촉매인 효소는 특이기질만을 대상으로 반응을 하는 특이성을 가진다 전기화학분석의 신속성, 간편성 의료 계측의 용도로 사용

Glucose sensor Glucose oxidase를 고정시킨 백금전극을 이용 GOD GOD + Nafion 효소의 안정성이 높아지고, 효소 본래의 촉매능과 높은 기질특이성을 오랫동안 보존할 수 있다.   기질측정을 반복해서 측정할 수 있다.

실험목적 1) Cyclic voltammetry와 chronoamperometry의 기본 개념을 이해한다. 2) 이를 이용한 기초적인 전기화학 실험을 수행한 다음, 대표적인 바이오센서(biosensor)인 당 센서(glucose sensor)를 glucose oxidase(GOD)를 이용하여 제작한다. 3) 이렇게 제작한 glucose sensor를 사용하여 전기화학적으로 glucose를 측정한다.

Cyclic voltammetry 전극 전위가 일정한 속도로 변하게 하는 것을 전위훑기(potential sweep)라 한다. 전위훑기에 의하여 전극 전위가 어떤 값에 이르렀을 때 전류 값이 증가하는 것으로서 반응이 일어남을 볼 수 있다. 이러한 전위훑기를 한 방향으로 일정한 속도로 하다가 방향을 바꾸어서 하기를 반복하는 것이 순환전압전류 실험(Cyclic Voltammetry) 이다.

Cyclic voltammetry (a) (b) 순환 전압전류 실험의 전위 훑기(a)와 전압-전류 관계의 모형(b)

FeⅢ(CN)63- + e- ↔ FeⅡ(CN)64- Cyclic voltammetry FeⅢ(CN)63- + e- ↔ FeⅡ(CN)64- n = 0.843, 0.831, 0.776, 0.787, 0.678

Cyclic voltammetry Randles-Sevcik equation

Chronoamperometry 일정한 전압을 걸어 준 후 시간에 따른 전류의 변화를 측정하는 방법 용액에서의 물질의 이동에 대한 전류량을 확인 할 수 있다. 한계전류(limiting current) Il = nFAm0C0*

GODox+ glucose → GODred + gluconolacton Chronoamperometry GODox+ glucose → GODred + gluconolacton GOD red + O2 → GOD ox + H2O2 H2O2 → O2 + 2H+ + 2e- Glucose Oxdase

glucose 첨가(1mM)에 따른 Current의 시간에 따른 변화 Chronoamperometry glucose 첨가(1mM)에 따른 Current의 시간에 따른 변화

Chronoamperometry glucose 농도에 따른 Current의 변화

Chronoamperometry Michaelis - Menten equation Lineweaver-Burk equation

Chronoamperometry Lineweaver-Burk plot

Other Methods of glucose sensor NSMM을 이용한 당측정 채혈을 통하지 않고 직접 미약한 마이크로파 센서를 신체에 접촉하는 방식만으로도 체내의 혈당을 측정할 수 있는 바이오센서 장치 손목의 핏줄에 휴대폰을 갖다 대 마이크로파를 쏴서 돌아오는 전파를 분석하여 혈당을 측정 물리학과 이기진 교수님 lab에서 연구 개발한‘전파를 이용한 혈당측정장치 및 방법’에 관한 기술

Reference 1) Mary K. Campbell, BIOCHEMISTRY 4th, THOMSON, 2003, 117~121 2) 小澤昭彌, 현대의 전기화학, 청문각, 1996 3) 정윤수, 바이오센서, 고려의학, 1994 4) 백운기·박문수, 전기화학, 청문각, 2001 5)http://news.naver.com/news/read.php?mode=LSD&office_id=093&article_id=0000000745&section_id=105&menu_id=105

이상으로 발표를 마치겠습니다. - 감사합니다 -