시판 고추냉이 과산화효소를 대치하기 위하여 탄소반죽에 담배 잎을 고정시켜 과산화수소 감응 센서를 제작하고 그것의 감응성을 살펴보았다. 얻어진 10여 개 이상의 전극 파라미터는 효소전극이 실험 전위영역에서 정량적으로 특이성을 발휘하고 있음을 보여주었다. 특히 작은 대칭인자(${\alpha}$, 0.21)는 전극반응 속도가 전극전위의 변화에 매우 민감한 것을 보여주었다. 이런 실험적 사실들은 효소전극이 과산화수소 센서로서 정상적으로 기능을 발휘하고 있으며 담배 과산화효소가 시판 효소를 대체할 수 있음을 보여주는 것이었다.
Alga와 같은 미생물은 중금속을 흡수한다. Alga(Anabaena)로 변성시킨 탄소반죽전극으로 Cd(Ⅱ)이온을 사전농축시켜서 Cd(Ⅱ)을 양극벗김 펄스차이 전압-전류법으로 정량하였다. Cd(Ⅱ)의 산화봉우리는 -0.75V vs. SCE.에서 나타났으며, 이 봉우리를 이용하여 Cd(Ⅱ) 정량의 최적조건을 조사하였다. 변성전극의 제작에 미치는 alga양의 영향과 Cd(Ⅱ)의 사전농축에 미치는 pH와 이온세기, 온도 및 사전농축시간에 대한 영향을 조사하였으며. 전극표면에 사전 농축시킨 Cd(Ⅱ)이온을 전해환원시키는 시간과 전위의 영향도 조사하였다. Cd(Ⅱ)을 정량하기 위한 검정선은 $1.0{\times}10^6\;M ~ 8.0{\times}10^6\;M$범위에서 직선성(상관계수는0.9978)이 성립하였고 검출한계는 $5.0{\times}10^{-7}\;M$이었다. $7.0{\times}10^{-6}\;M$ Cd(Ⅱ)용액에서 얻은 상대표준편차는 3.1%(n=6)이었다. Alga변성전극의 사용횟수는 0.1M HCl 용액으로 전극표면을 재생시킬 때에 10회까지 연속측정이 가능하였다.
톨루엔에 녹인 천연고무를 탄소가루의 결합재로 사용하여 바이오센서를 제작하였을 때, 반죽은 용매가 증발한 후 기계적 물성을 보였다. 이 특성은 탄소반죽전극 실용화의 선행 조건을 만족시키는 것으로, 이 특성의 활용성을 살펴보기 위하여 과산화수소 정량을 위한 바이오센서를 제작하고, 그것의 전기화학적인 정량 및 정성적 특성을 파악하기 위하여 여러 가지 속도론적 파라메타, 즉 대칭인자(0.37), 교환전류밀도($i_0$, $0.075mAcm^{-2}$), 이중층의 축전용량($C_d$, $9.7{\times}10^{-3}F$), 시간상수(${\tau}_A$, 0.92 s), 최대전류($i_{max}$, $5.92{\times}10^{-7}Acm^{-2}$), Michaelis 상수($K_M$, $1.99{\times}10^{-3}M$) 및 기타 상수들을 도출하였다. 이 실험적 결과는 천연고무가 탄소가루의 결합재로 활용될 수 있음을 보여 주었다.
Carbon paste electrodes, modified with podands containing more than two sulfur atoms, have been employed for the voltammetric determination of Ag(I) ion from aqueous solution. The voltammetric response was characterized with respect to paste composition, preconcentration method, kind of anion, variation of pH, Ag(I) ion concentration, and possible interferences. Linear calibration curves were obtained for Ag(I) ion concentration ranging from $1.0{\times}10^{-6}$ to $9.0{\times}10^{-5}M$, and detection limit was $5.0{\times}10^{-7}M$.
Carbon paste electrodes, modified with 5,6,14,15-dibenzo-1,4-dioxa-8,12-diazacyclopentadeca-5,14-diene containing different ligating atoms of oxygen and nitrogen, have been employed for the voltammetric determination of Ag(I) ion from aqueous solution. The voltammetric response was characterized with respect to paste composition, preconcentration method, kind of anion, variation of pH, Ag(I) ion concentration, and possible interferences. Linear calibration curves were obtained for Ag(I) ion concentration ranging from $3.0{\times}10^{-6}M$ to $8.0{\times}10^{-5}M$, and detection limit was $8.5{\times}10^{-7}M$.
For the practical use as a biosensor, a rubber electrode bound by polybutadiene was newly devised for the determination of hydrogen peroxide. Then its electrochemical behaviors were investigated. The signal could be obtained at low electrode potential between 0.0 ~ -0.5 V (vs. Ag/AgCl) with a detection limit of $1.4{\times}10^{-4}M$ and its potential dependence was linear in the experimental range. Especially its Lineweaver-Burk plot showed a very good linearity giving the evidence of a good enzyme immobilization on the surface of the electrode. And mechanical stability of the electrode resulted from using rubber binder presented a new possibility for the practical use of biosensor.
바이오센서를 상업적으로 양산하고자 할 때 제작비의 경제성이 고려되어야 한다. 과산화수소를 정량하기 위한 효소전극 제작 시 필수적으로 사용되는, 서양고추냉이로부터 추출된 과산화효소는 대단히 고가이므로 탄소반죽법에 의한 전극제작의 제한 요인이 된다. 이 문제를 우회하고자 본 실험실에서는 생활주변에서 쉽게 얻을 수 있는 재료로 대체하기 위하여 아카시아 잎을 효소원으로 사용하여 과산화수소 센서를 제작하고 그것의 전기화학적 특성을 살펴보았다. 일정전압전류법으로 얻어진 10개 이상의 전기화학적 파라미터와 실험적 결과들은 효소전극이 정량적으로 그 기능을 발휘하고 있음을 보여주었다. 이런 사실들은 시판 과산화효소가 아카시아 잎으로 대체될 수 있음을 보여주는 것이다.
과산화수소의 정량을 위하여 닭의 소장조직과 ferrocene을 탄소반죽에 혼입시켜 만든 효소전극의 전기화학적 특성을 조사하였다. 조사된 전극은 t100%=3sec의 빠른 감응시간과 5.0X10-5 M(S/N=3)의 검출한계를 보여 주었으며, 방해 물질들에 대하여 좋은 선택성을 보 여 주었다. 또한 다른 동식물 조직을 이용하여 만든 센서와 비교할 때, 검정곡선이 좋은 직선성을 보여 주었으며 생촉매 안정성이 좋았고 보다 큰 감응신호를 보여 주었다.
흑염소의 간-조직과 ferrocene을 탄소반죽 전극에 고정하여 과산화수소를 정량할 수 있는 전극을 만들었다. Ag/AgCl 전극에 대하여 $-0.3{\sim}+0.0\;V$의 전위 범위에서 전극의 감도를 관찰하였으며 전극의 감응시간은 12 s로 나타났다. 전극의 검출한계는 2.25${\times)10^{-6}M$ (S/N=3)이었으며,1.0${\times}10^{-2 }$M 과산화수소를 이용해 15회 반복 측정한 결과, 상대표준편차는 1.87%이었다. 또한, 방해물질의 영향도 없는 것으로 나타났다. 효소전극의 감도는 19일 사용 후 50%로 감소하였다.
스크린 프린팅 기술을 이용하여 일회용 에탄올 센서를 개발하고 전기화학적 방법으로 그 성능을 조사하였다. 일회용 에탄올 센서는 폴리에스테르 기질 위에 탄소와 은 반죽 그리고 절연체 잉크로 작업 및 기준전극의 감응부위와 전기적 접촉부위의 형상을 차례로 인쇄한 후 알코올탈수소효소(ADH) 또는 알코올산화효소(AOD)를 알려진 전자전달 매개체(mediator)와 함께 작업전극에 고정시켜 제작하였다. 일회용 센서의 제작 과정에서 감응도와 재현성을 높이기 위하여 프린팅한 탄소 작업전극을 전처리 하는 몇 가지 방법들을 적용하고 그 결과들을 비교하였다. 제작된 일회용 센서는 소량의 혈액시료로 음주측정을 하는데, 그리고 발효공정 제어 등에 유용하게 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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