유동 조건에서 사용 가능한, 파릴렌-A 코팅된 불용성 다공성 막을 기반으로 하는 휴대용 요소 바이오센서
Parylene-A-coated insoluble porous membrane-based portable urea biosensor for use in flow conditions
특허 요약
본 발명자들은 기상 증착법으로 아민 작용기화된 파릴렌인 파릴렌-A로 코팅한 다공성 PTFE 막을 이용하여 유동 조건에서 사용할 수 있는 휴대용 요소 센서를 제작하였다. 요소로부터 특정 전기화학적 센서 신호를 생성하기 위해 요소를 가수분해하는 효소인 요소분해효소를 글루타르알데하이드를 이용하여 화학 가교결합으로 파릴렌-A가 코팅된 PTFE 막에 고정하였다. 요소가 고정된 막을 PDMS (polydimethylsiloxane) 유체 챔버에 조립하고 스크린 인쇄된 탄소 3 전극 시스템을 전기화학 측정에 사용하였다. 요소분해효소 고정화의 성공은 형광 현미경, 주사 전자 현미경 및 푸리에 변환 적외선 분광법으로 확인하였다. 파릴렌-A가 코팅된 PTFE 막에 고정할 요소분해효소의 최적 농도는 48mg/mL로 결정되었고, PDMS 챔버 내의 막의 최적 수는 8인 것으로 판명되었다. 이러한 최적화된 조건을 이용하여 본 발명자들은 요소 바이오센서를 제조하고 시간대 전류측정법 (chronoamperometry)을 이용하여 유동 조건에서 0.5-10mL/min 범위의 다양한 유속으로 요소 시료를 모니터링했다. 생체 시료에 대한 센서의 적용 가능성을 테스트하기 위해 만성 신부전 환자의 폐 복막 투석액에서 요소 농도를 0.5mL/min의 유속으로 모니터링하는 데 본 발명의 센서를 사용했다.
청구항
번호청구항
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1

전기 신호를 차단하지 않는 재질로 이루어진 유체 챔버;상기 유체 챔버 내에 위치하며, 요소분해효소가 화학결합에 의해 고정된 파릴렌-A 코팅 불용성 PTFE 다공성 막;상기 요소분해효소가 화학결합에 의해 고정된 파릴렌-A 코팅 불용성 PTFE 다공성 막에 근접하여 위치하며 상기 막에서 발생하는 전기화학적 신호를 감지하는 작용 전극, 상대 전극 및 기준 전극을 포함하는 스크린 인쇄된 3-전극 시스템,상기 유체 챔버 내로 흐르는 상태의 시료를 유입하는 시료 유입구; 및상기 유체 챔버로부터 외부로 시료가 흘러나가는 시료 유출구;를 포함하며,흐르는 상태의 시료에 대하여 전기화학적 방법으로 요소 농도를 실시간으로 측정하고, 상기 다공성 막 표면에 코팅된 상기 파릴렌-A는 상기 흐르는 상태의 시료 내의 생체 분자가 상기 다공성 막 표면에 비특이적으로 결합되는 것을 최소화하도록 구성되고,상기 흐르는 상태의 시료는 0.5 내지 10mL/min의 유속으로 흐름을 특징으로 하는, 휴대형 요소 바이오센서.

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청구항 1에 있어서,상기 요소분해효소가 고정된 파릴렌-A 코팅 불용성 다공성 막은 글루타르알데하이드를 이용한 화학 가교결합으로 요소분해효소가 고정된 것임을 특징으로 하는 요소 바이오센서.

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청구항 1에 있어서,상기 유체 챔버와 상기 3-전극 시스템을 감싸는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요소 바이오센서.

5

청구항 1에 있어서,상기 3-전극 시스템의 작용 전극은 아민화된 것임을 특징으로 하는 요소 바이오센서.

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청구항 1에 있어서,상기 3-전극 시스템은 외부의 전기화학 분석장치와 연결하여 유체 챔버 내의 전기화학 신호를 탐지하는 것을 특징으로 하는 요소 바이오센서.

7

단백질 고정용 불용성 다공성 막으로서,상기 단백질 고정용 불용성 다공성 막은 아민 작용기화 된 파릴렌 필름이 표면에 코팅되고,PTFE 막인 것을 특징으로 하며,상기 다공성 막 표면에 코팅된 파릴렌-A는 흐르는 상태의 시료 내의 생체 분자가 상기 다공성 막 표면에 비특이적으로 결합되는 것을 최소화하도록 구성되고, 상기 흐르는 상태의 시료에 대하여 전기화학적 방법으로 요소 농도를 실시간으로 측정 가능하도록 구성되고,상기 흐르는 상태의 시료는 0.5 내지 10mL/min의 유속으로 흐름을 특징으로 하는, 단백질 고정용 불용성 다공성 막.

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(1) 아민 작용기화된 파릴렌 필름을 상온에서 다공성 PTFE 막에 균일하게 증착시키는 단계; 및(2) 파릴렌 필름 증착 후, 파릴렌 필름 표면의 아민기를 가교제 글루타르알데하이드 용액으로 반응시켜 활성 알데하이드기로 전환하는 단계;를 포함하고,상기 다공성 PTFE 막 표면에 코팅된 파릴렌-A는 흐르는 상태의 시료 내의 생체 분자가 상기 다공성 PTFE 막 표면에 비특이적으로 결합되는 것을 최소화하도록 구성되고, 상기 흐르는 상태의 시료에 대하여 전기화학적 방법으로 요소 농도를 실시간으로 측정 가능하도록 구성되고,상기 흐르는 상태의 시료는 0.5 내지 10mL/min의 유속으로 흐름을 특징으로 하는, 단백질 고정용 불용성 다공성 PTFE 막 제조방법.

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청구항 9에 있어서,상기 (1) 단계는 진공 상태를 유지하며 진행함을 특징으로 하는 단백질 고정용 불용성 다공성 막 제조방법.

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(1) 아민 작용기화된 파릴렌 필름을 상온에서 불용성 PTFE 다공성 막에 균일하게 증착시키는 단계;(2) 파릴렌 필름 증착 후 파릴렌 필름 표면의 아민기를 가교제 글루타르알데하이드 용액으로 반응시켜 활성 알데하이드기로 전환하는 단계; 및(3) 상기 파릴렌 필름 표면의 활성 알데하이드기와 유리 아민기를 가진 요소분해효소를 화학 반응시켜 요소분해효소를 불용성 PTFE 다공성 막에 고정화하는 단계;를 포함하고, 상기 다공성 막 표면에 코팅된 파릴렌-A는 흐르는 상태의 시료 내의 생체 분자가 상기 다공성 막 표면에 비특이적으로 결합되는 것을 최소화하도록 구성되고,상기 흐르는 상태의 시료에 대하여 전기화학적 방법으로 요소 농도를 실시간으로 측정 가능하도록 구성되고,상기 흐르는 상태의 시료는 0.5 내지 10mL/min의 유속으로 흐름을 특징으로 하는, 요소분해효소 고정 불용성 다공성 막 제조방법.

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청구항 11의 방법으로 제조되며, 비특이적 반응의 감소로 요소 농도 측정시 노이즈를 낮추는 효과가 있는 요소 바이오센서용 요소분해효소 고정 불용성 다공성 막.

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유체 챔버; 상기 유체 챔버 내에 위치하며, 요소분해효소가 화학결합에 의해 고정된 파릴렌-A 코팅 불용성 PTFE 다공성 막; 상기 불용성 PTFE 다공성 막에 근접하여 위치하며 상기 불용성 PTFE 다공성 막에서 발생하는 전기화학적 신호를 감지하는 작용 전극, 상대 전극 및 기준 전극을 포함하는 스크린 인쇄된 3-전극 시스템; 상기 유체 챔버 내로 흐르는 상태의 시료를 유입하는 시료 유입구; 및 상기 유체 챔버로부터 외부로 시료가 흘러나가는 시료 유출구;를 포함하는 휴대형 요소 바이오센서를 이용하여 전기화학적 방법으로서, 상기 방법은,상기 시료를 상기 유체 챔버 내로 흐르게 하는 단계; 및상기 스크린 인쇄된 3-전극 시스템을 사용하여 전위를 적용하고 암모늄 이온의 전기화학적 신호를 검출하는 단계를 포함하고,상기 다공성 막 표면에 코팅된 상기 파릴렌-A는 상기 흐르는 상태의 시료 내의 생체 분자가 상기 다공성 막 표면에 비특이적으로 결합되는 것을 최소화하도록 구성되고,상기 흐르는 상태의 시료는 0.5 내지 10mL/min의 유속으로 흐름을 특징으로 하는,휴대형 요소 바이오센서를 이용하여 전기화학적 방법으로 상기 흐르는 상태의 시료 내 요소 농도를 실시간으로 측정하는 방법.

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청구항 13에 있어서,상기 요소분해효소가 고정된 파릴렌-A 코팅 불용성 다공성 막은 6~10장을 포함함을 특징으로 하는 요소 농도를 측정하는 방법.

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청구항 13에 있어서,상기 시료 내 요소 농도는 0.6-20mM의 범위임을 특징으로 하는 요소 농도를 측정하는 방법.