과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임, 이의 제조방법, 이를 포함하는 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체, 및 상기 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체를 포함하는 과산화수소 및 다중물질 검출용 종이센서
Porous cerium oxide nanozyme mimicking peroxidase, a manufacturing method thereof, a porous cerium oxide nanozyme/oxidase composite for detecting hydrogen peroxide and multiple substances comprising the same, and a paper sensor for detecting hydrogen peroxide and multiple substances comprising the porous cerium oxide nanozyme/oxidase composite
특허 요약
본 발명은 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임, 이의 제조방법, 이를 포함하는 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체 및 상기 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체를 포함하는 과산화수소 및 다중물질 검출용 종이센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명의 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임은 과산화효소 모방 활성을 가진 메조 다공성 구조의 산화세륨 나노입자 상에 코발트 원소를 특정 함량비율로 도핑함으로써 중성 pH에서도 높은 과산화효소 모방 활성을 유지할 수 있으며, 반응 안정성이 우수한 이점이 있다. 또한 본 발명에 따른 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체는 다공성 산화세륨 나노자임의 기공 내부에 산화효소를 가교 결합시켜 이를 기존 과산화효소 대신 종이센서에 적용함으로써 중성 pH에서 시료와 산화효소의 산화반응에 의해 생성되는 과산화수소를 단시간 내에 빠르게 시각적으로 검출할 수 있으며, 여러 종류의 산화효소들에 의해 과산화수소를 발생시키는 다양한 대상 기질들을 동시에 시각적인 진단이 가능한 이점이 있다.
청구항
번호청구항
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제1항 및 제3항 및 제4항 중에서 선택된 어느 한 항의 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임; 및상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임의 기공 내부에 가교 결합된 산화효소;를 포함하는 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체.

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메조 다공성 구조로 이루어진 산화세륨 나노입자; 및상기 산화세륨 나노입자 상에 도핑된 코발트 원소;를 포함하는 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임에 있어서,상기 코발트 원소의 도핑량은 상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임 전체 원자%에 대하여 2.2 내지 3.3 원자%이고,상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임은 6.5 내지 7.5의 중성 pH와 10 내지 100 ℃의 온도 조건에서 과산화효소 모방 활성을 가지는 것인 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임.

2

삭제

3

제1항에 있어서,상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임은 Ce3+/Ce4+의 원소비가 20 내지 30%인 것인 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임.

4

제1항에 있어서,상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임은 비표면적이 100 내지 200 m2/g이고, 평균 기공 크기가 5 내지 30 nm인 것인 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임.

6

제5항에 있어서,상기 산화효소는 포도당 산화효소, 콜레스테롤 산화효소, 갈락토오스 산화효소, 콜린 산화효소 및 아세틸콜린 산화효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체.

7

제5항에 있어서,상기 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체는 상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임 및 산화효소가 3:7 내지 8:2 중량비로 결합된 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체.

8

제5항에 있어서,상기 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체는 글루타알데히드, 포름알데히드 및 덱스트린알데히드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 가교제에 의해 가교 결합된 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체.

9

제5항에 있어서,상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임은 비표면적이 135 내지 140 m2/g이고, 평균 기공 크기가 15 내지 19 nm이고, 상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임은 Ce3+/Ce4+의 원소비가 27 내지 28%이고, 상기 산화효소는 포도당 산화효소, 콜레스테롤 산화효소, 갈락토오스 산화효소, 콜린 산화효소 및 아세틸콜린 산화효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체는 상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임 및 산화효소가 5:5 내지 6.7:3.3 중량비로 결합된 것이고, 상기 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체는 글루타알데히드에 의해 가교 결합된 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화 세륨 나노자임/산화효소 복합체.

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하나 이상의 테스트 구역을 포함하는 종이 기판;상기 종이 기판의 테스트 구역 내에 고정된 제5항에 따른 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체; 및상기 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체 상에 결합된 발색반응 기질;을 포함하는 과산화수소 및 다중물질 검출용 종이센서.

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제10항에 있어서,상기 테스트 구역은 상기 종이 기판의 중심점으로부터 바깥쪽으로 방사된 구조로 이루어진 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 종이센서.

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제10항에 있어서,상기 발색반응 기질은 TMB(3,3',5,5'-tetramethyl benzidine), ABTS[2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)] 및 OPD(o-phenylenediamine)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 종이센서.

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세륨 전구체, 코발트 전구체 및 메조 다공성 구조 유도체를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계;상기 혼합물을 건조하여 건조물을 제조하는 단계;상기 건조물을 열처리하여 중간 생성물을 제조하는 단계; 및상기 열처리된 중간 생성물 내에 존재하는 메조 다공성 구조 유도체를 제거하여 메조 다공성 구조의 산화세륨 나노입자 상에 코발트 원소가 도핑된 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임을 제조하는 단계;를 포함하고,상기 코발트 원소의 도핑량은 상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임 전체 원자%에 대하여 2.2 내지 3.3 원자%이고,상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임은 6.5 내지 7.5의 중성 pH와 10 내지 100 ℃의 온도 조건에서 과산화효소 모방 활성을 가지는 것인 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임의 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 세륨 전구체는 질산세륨 6수화물(Ce(NO3)3・6H2O), 염화세륨 7수화물(CeCl3・7H2O) 또는 이들의 혼합물인 것인 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임의 제조방법.

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제13항에 있어서,상기 열처리는 0.1 내지 5 ℃/분의 승온 속도로 300 내지 400 ℃까지 승온하여 1 내지 12 시간 동안 유지하는 제1 열처리 단계; 및상기 제1 열처리 단계 후, 0.1 내지 5 ℃/분의 승온 속도로 500 내지 600 ℃까지 승온하여 1 내지 12 시간 동안 유지하는 제2 열처리 단계;를 더 포함하는 것인 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임의 제조방법.

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제13항에 따른 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임을 제조하는 단계;상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임, 산화효소 및 가교제를 포함하는 혼합물을 제조하는 단계; 및상기 혼합물을 가교 결합시켜 상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임의 기공 내부에 산화효소가 가교 결합된 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체를 제조하는 단계;를 포함하는 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체의 제조방법.

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제16항에 있어서,상기 산화효소는 포도당 산화효소, 콜레스테롤 산화효소, 갈락토오스 산화효소, 콜린 산화효소 및 아세틸콜린 산화효소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체의 제조방법.

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제16항에 있어서,상기 가교제는 글루타알데히드, 포름알데히드 및 덱스트린알데히드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체의 제조방법.

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제16항에 있어서,상기 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체는 상기 과산화효소 모방 다공성 산화세륨 나노자임 및 산화효소가 3:7 내지 8:2 중량비로 결합된 것인 과산화수소 및 다중물질 검출용 다공성 산화세륨 나노자임/산화효소 복합체의 제조방법.

20

제10항에 따른 과산화수소 및 다중물질 검출용 종이센서를 준비하는 단계;상기 종이센서에 분석하고자 하는 시료를 접촉시키는 단계; 및상기 시료가 접촉된 종이센서에서 발생되는 발색반응 신호를 측정하는 단계;를 포함하는 과산화수소 및 다중물질의 검출 방법.

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제20항에 있어서,상기 시료를 접촉시키는 단계는 상기 종이센서의 중심점에 시료를 떨어트려 모세관 현상에 의해 하나 이상의 테스트 구역으로 상기 시료가 이동하여 접촉시키는 것인 과산화수소 및 다중물질의 검출 방법.

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제20항에 있어서,상기 발색반응 신호는 상기 시료로부터 과산화수소가 생성되면 상기 종이센서 내 기질에 의해 파란색으로 발색반응 신호가 감지되는 것인 과산화수소 및 다중물질의 검출 방법.

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제20항에 있어서,상기 발색반응 신호를 측정하는 단계는 발색반응 신호를 스마트폰으로 사진을 찍어 그 이미지의 발색반응 세기를 이미지 프로그램을 이용하여 측정하는 것인 과산화수소 및 다중물질의 검출 방법.