Transcript 당센서(glucose sensor)

당센서(glucose sensor)
Professor
신운섭
Assistant
이종명
Student 화학과 백송이
20050694
개요
1.
2.
3.
4.
5.
Introduction & Purpose
Theory
Procedure
Experiment Result & discussion
Application in future
개요
1.
2.
3.
4.
5.
Introduction & Purpose
Theory
Procedure
Experiment Result & discussion
Application in future
Introduction & Purpose
1. Biosensor 에서는 전기신호의 확인이 중요하며
이번 실험에서 수행한 당센서 역시 전기화학적인
방법을 이용한 실험
→ 전기화학 기초실험
Cyclic Voltammetry
Chronoamperometry
2. 위의 실험을 기본으로
Biosensor 의 한 분야이자
가장 기초적이고 대중적으로 널리 쓰이는
→
glucose sensor 제작
glucose 측정
개요
1.
2.
3.
4.
5.
Introduction & Purpose
Theory
Cyclic Voltammetry
Procedure
Chronoamperometry
Experiment
Result & discussion
Application inBiosensor
future
Glucose sensor
Cyclic Voltammetry
 Voltammetry
: 전기화학적 반응이 일어나는 동안
전압과 전류 사이의 관계를 측정할 수 있는 기술
 Cyclic Voltammetry
: 삼각파 형태의
전압이 가해질 때
전압과 전류 사이의 관계를
측정할 수 있는 기술
Cyclic Voltammetry
t1
t1
t0
t0
t2
Chronoamperometry
 Amperometry(전류법)
: 분석을 위한 전류의 측정
 Chronoamperometry
: 일정한 전압을 걸어 준 후
시간에 따른 전류의 변화를 측정하는 방법
- 용액에서의 물질의 이동에 대한
전류랑 확인 가능
Chronoamperometry
I(전류)와 C(농도)는
비례관계에 있으므로
Chronoamperometry
를 통해 반응물의
정량분석이 가능하다.
바이오센서(Biosensor)
 Bio Sensor란?
: 생체 물질을 대상으로 하는 화학물질 계측 device
- 생체 관련물질을 막에 포괄 또는 고정화 하여
그것을 전기화학장치에 연결시킨 장치
- 분석하고자 하는 시료를 생체촉매에 흡착하여 복합체를
형성한 다음 일어나는 상호화학, 전기화학반응 등에 의하
여 형성되는 전자 또는 전류, 가스(O2, CO2, NH3 등),
수소이온농도, 열 등을 물리적 신호로 전환시킨 다음 증
폭장치를 통해 확대시켜 기록계, 검출기 등에 의하여 정
량할 수 있도록 만들어진 장치
바이오센서(Biosensor)
 Biosensor Concept
당센서(glucose sensor)
 biosensor 中 한가지 종류
 전극 밀착형 효소 sensor (효소의 고정화)
 Amperometry형
당센서 reaction scheme
개요
1.
2.
3.
4.
5.
Introduction & Purpose
Theory
Procedure
Experiment Result & discussion
Application in future
Procedure(전기화학실험)
 Cyclic Voltametry
1. 1.0mM K3Fe(CN)6, 0.1M KNO3 solution 2mL을
electrochemical cell에 넣고
전극을 왼쪽과 같이 배치시킨다.
2. CV program 실행
3. CV의 potential 범위, scan rate, current range를 선택
4. Program 시작과 동시에 CV 기기를 sweep
5. Cyclic voltammogram을 얻는다.
Procedure(전기화학실험)
 Chronoamperometry
1. 1.0mM K3Fe(CN)6, 0.1M KNO3 solution 2mL을 CV와 동일하게 배치
2. 일정한 전압(환원전위)을 걸어줌
3. Convection 여부에 따른 i-t 그래프를 비교
Procedure(당센서제작 및 측정)
1.
2.
3.
Pt working electrode를 polishing
백금전극표면에 GOD 1μL를 loading
GOD가 완전히 마른후 GOD 고정 위해 Nafion 1μL loading
(효소의 고정화)
4.
준비된 working electrode를 counter electrode(Pt),
Refrence electrode(Ag/AgCl) 과 함께 potentiostat에 연결
H2O2 측정 위해 산화전압 걸어준다
Background가 안정되면 glucose를 20μL씩 injection
5.
6.
개요
1.
2.
3.
4.
5.
Introduction & Purpose
Theory
Cyclic Voltammetry
Procedure
Chronoamperometry
Experiment Result & discussion
Glucose sensor
Application in future
Cyclic Voltammetry
 Ip와 scan rate의 관계
CV- Cyclic Voltammogram
scan rate 20mV/s
scan rate 10mV/s
scan rate 100mV/s
scan rate 50mV/s
scan rate 200mV/s
CV- Cyclic Voltammogram
Cyclic Voltammetry
Cyclic Voltammetry
 (scan rate)1/2에 따른 각각의 peak current를 plot
← (scan rate)1/2 & ipc plot
(scan rate)1/2 & ipa plot →
Chronoamperometry
일정한 전압을 걸어준 후 바탕용액만 있을 때
convection의 여부에 따른 graph
당센서 제작 및 당 측정
 0.5M의 glucose 20μL(2mM)을 injection
current, A
glucose농도-current graph
9.00E-07
8.00E-07
7.00E-07
6.00E-07
5.00E-07
4.00E-07
3.00E-07
2.00E-07
1.00E-07
0.00E+00
y = 4E-08x + 1E-07
R 2 = 0.9988
0
2
4
6
8
10 12
14
glucose농도, mM
16
18
20
Enzyme Kinetics
 효소반응에 의해 생성된 기질을 전기화학 반응
으로 측정한 전류는 반응속도와 같다
 Michaelis-Menten Kinetics
Michaelis-Menten equation
Lineweaver-Burk equation
당센서 제작 및 당 측정
 Lineweaver-Burk plot(1/glucose농도-1/current)
Lineweaver-Burk plot
6.00E+06
1/current, 1/A
5.00E+06
y = 9E+06x + 933207
R 2 = 0.9715
4.00E+06
Vmax=1.63348e-6mmole/sec
KM=16.33477mM
3.00E+06
2.00E+06
1.00E+06
0.00E+00
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
1/glucose농도, 1/mM
1/current, 1/A
-0.2
Lineweaver-Burk plot(except x=0.5)
0.4 4.00E+06
0.5
3.50E+06
3.00E+06
0.6
2.50E+06
2.00E+06
1.50E+06
1.00E+06
5.00E+05
0.00E+00
-0.1 -5.00E+05
-0.05
0
y = 1E+07x + 612191
R 2 = 0.9865
0.05
0.1
0.15
1/glucose농도, 1/mM
0.2
0.25
0.3
개요
1.
2.
3.
4.
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Introduction & Purpose
Theory
Procedure
Experiment Result & discussion
Application in future
바이오센서(Biosensor)
 Biosensor는 시료와 반응하여 신속 정확하게 물질을 분석
(측정의 단순성, 신속성, 민감성)
 응용 분야가 다양
: 의료(임상적 진단), 제약, 환경, 식품,
군사, 연구용
 높은 성장성이 전망 – 특히 의료부문
: 자유로이 이동 가능, 즉각적인 감지 가능
바이오센서(Biosensor)
 바이오센서
상용화된 glucose sensor
 혈당 측정기
glucose sensor 응용
 인공췌장
: 당뇨병 환자에게
자동적으로
인슐린을 투여하는 장치
→sensor를 통한
당의 측정이 중요
Thank you