Implementation of paper-based Ion concentration polarization phenomenon and Bio-sensor of commercialization concept

페이퍼기반 이온 농도 분극 현상 구현 및 상용화 컨셉의 바이오 센서

마이크로, 나노유체 (micro-, nanofluidics)을 이용한 종이 기반 분석 소자 (paper-based analytical devices, micro-PADs)에 대한 관심이 증가하고 있다. 종이 기반의 분석 소자는 초저가의 비용과 간단한 공정 방법으로 인하여 상용화 컨셉의 바이오센서로 각광받고 있다. 하지만, 종이 기반의 분석 소자는 낮은 검출 한계 (limit of detection, LOD)와 민감도 (sensitivity)의 제한이 있다. 그로 인해 우리는 이온 선택적 투과층 (ion permselective membrane, i.e. Nafion)을 종이 기반의 분석 소자와 결합하여 이온 농도 분극 (ion concentration polarization, ICP) 현상을 구현하여 낮은 검출한계와 민감도를 개선할 수 있었다. 접착력이 있는 테이프 표면에 이온 선택적 투과층을 패터닝 (patterning)하여 종이 기반 분석 소자와 결합하여 매우 간단하게 소자를 제작할 수 있었다. 따라서 종이 기반의 채널 양단에 직류 전압을 인가했을 때 발생하는 ICP 현상으로 인하여 형광 물질 (fluorescence dye)이 농축(preconcentration)되는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 초기 농도가 1.55 nM인 형광 물질을 이용하여 200 V의 외부전압을 인가했을 때, 500 초 이내에 1000 배 이상의 농축비를 얻을 수 있었다. 따라서, 외부 전압을 상용화된 건전지 출력값으로 낮출 수 있다면 다양한 종이 기반 분석 소자와 간단한 결합 방법을 통해 상용화 컨셉의 바이오센서로도 구현이 가능할 것이다.