A Study on Selective Metal Ion Sensing Membrane for Bio Environment Measurement

바이오 환경측정용 선택적 금속이온 감지 막의 특성 연구

Abstract

In this study, the research processed with a chemical sensor for measuring trace amount of heavy metal ions which is based on the requirements of the efficient sensing technology as recent equipment is applies molecular system in the chemical sensing section that can precisely recognizing selective target substance and transmit its data to physical signal as a result. In this research is concentrated on realize highly precise by utilizing SPR sensor application of recognition functional sensing membrane. Consequently, according to DTSQ-dye sensing membrane, the resonance angle from low-concentration to the highest concentration $10^{-4}M$ of $Ag^+$ ion is $2.17[^{\circ}]$ and this result indicating 4.3 times larger resonance angle changes compare to the other metal substance. Based on SQ-dye sensing membrane, the difference of resonance angle between low concentration and the highest concentration $10^{-4}M$ of $Cu^{2+}$ ion is $2.3[^{\circ}]$ and this outcome is indicating 4.5 times greater resonance angle change to the other metal substance.

본 연구에서는 화학센서의 개발에 있어서 감지 대상 물질을 정확히 선택적으로 인식하고 그 결과를 물리적 신호로서 발산할 수 있는 분자시스템이 화학센서의 감지부에 도입되고 이러한 기술을 바탕으로 효율적인 감지기술의 개발이 요청되고 있어 미량의 중금속 이온 측정용 화학센서의 연구를 하였다. 본 연구에서는 감지 대상 물질로서 저 농도의 $Ag^+$, $Cu^{2+}$ 이온들을 통하여 이들에 대한 선택적인 감지 결과를 SPR 센서를 응용한 인식 기능성 감지 막 제조를 하여 측정대상 금속이온들에 대한 선택적인 측정을 하여 저 농도에서 매우 정밀 하게 감지 가능한 센서시스템을 구현하였다. 이 결과 DTSQ-dye를 이용한 감지 막 측정 결과의 경우 저 농도 $Ag^+$이온에 따른 공명각의 변화는 $Ag^+$ 이온의 최고농도인 $10^{-4}M$ 까지 공명각의 변화는 $2.17[^{\circ}]$이며, 다른 금속과 비교 시 약 4.3배나 되는 큰 공명각의 변화를 보였고, SQ-dye를 이용한 감지막 측정 결과의 경우 저 농도 $Cu^{2+}$ 이온에 따른 공명각의 변화는 $Cu^{2+}$의 최고농도인 $10^{-4}M$ 까지 공명각의 변화는 $2.3[^{\circ}]$이며 다른 금속과의 비교시 약 4.5배나 되는 큰 공명각의 변화를 보였다.

Fig. 1. Kretschmann’s Structure Diagram for Surface Plasmon Resonance 그림 1. 표면 플라즈몬 공명을 위한 Kretschmann 구조도

Fig. 2. Schematic of SPR sensor system. 그림 2. SPR 센서 시스템의 개략도

Fig. 3. Schematic of sensor system. 그림 3. 센서 시스템의 개략도

Fig. 4. Structure of DTSQ-dye. 그림 4. DTSQ-dye의 구조

Fig. 5. Structure of SQ-dye. 그림 5. SQ-dye의 구조

Fig. 6. Thickness of the DTSQ-dye sensing membrane. 그림 6. DTSQ-dye 감지 막의 두께 측정 결과

Fig. 7. Thickness of the SQ-dye sensing membrane. 그림 7. SQ-dye 감지 막의 두께 측정 결과

Fig. 8. Resonance angle shift according to Ag⁺ ion concentration using the DTSQ-dye. 그림 8. DTSQ-dye를 이용한 Ag⁺ 이온 농도에 따른 공명각의 변화

Fig. 9. Resonance angle shift according to Ag⁺ ion concentration using the DTSQ-dye. 그림 9. DTSQ-dye의 금속이온들에 대한 공명각의 변화

Fig. 10. Resonance angle shift according to Cu²⁺ ion concentration using the SQ-dye. 그림 10. DTSQ-dye를 이용한 Cu²⁺이온 농도에 따른 공명 각의 변화

Fig. 11. Resonance angle shift according to Cu²⁺ ion concentration using the SQ-dye. 그림 11. SQ-dye를 이용한 Cu²⁺ 이온 농도에 따른 공명각의 변화

Table 1. The condition of Au thin film deposition by vacuum evaporator 표 1. 금 박막의 진공증착 조건