• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권6호
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• pp.667-671
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• 2015

Anode는 효소를 이용한 효소전극과 cathode는 PEMFC용 전극을 이용해 효소연료전지를 구동하였다. 효소 anode는 graphite 분말과 효소로서 글루코스 산화제, 전자매개체로 ferrocene을 혼합해 압축해서 만들고 Nafion 이오노머로 코팅하였다. Anode 제조조건을 변화시키며 성능을 측정해 효소 anode 제조 최적조건을 찾았다. 효소 anode 압축 시 최적 압력은 8.89 MPa이고, 효소 anode의 graphite 성분비가 60%일 때 최고의 출력밀도를 나타냈다. Anode 기질 용액의 최적 glucose 농도는 1.7mol/l이었다. 효소 anode는 Nafion 용액에 1초, 2회 침지에 의해 안정화되었다.

• 전기화학회지
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• 제17권3호
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• pp.164-171
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• 2014

무효소 혈당센서는 높은 선택성과 민감성을 가지고 저비용으로 체내 혈당(glucose)을 검출할 수차세대 기술이다. 현재 시판되고 있는 혈당센서는 당을 산화시켜주는 당산화효소와 전극과 효소사이에 전자 전달을 원활하게 해주는 산화/환원 매개체를 이용하여 효소센서로 제작된다. 그러나 이러한 효소센서는 pH, 온도, 습도, 화학적 독성물질 등에 영향을 많이 받아 안정성이 떨어지고, 제작에 비용이 많이 드는 단점을 가지고 있다. 본 논문은 위와 같은 단점을 해결하고자 환원제인 당에 의하여 환원되는 니켈 나노입자를 전기화학적 흡착방법을 이용하여 산화 인듐 주석 전극 (ITO)에 고정시켰다. 고정된 니켈 나노입자는 전극의 표면적을 넓혀 신호를 증폭시키는 효과를 가지고 있으며, 당에 의하여 계속적으로 니켈이 환원됨에 따라 전극 반응에서는 촉매산화전류 반응으로 나타낸다. 당의 농도에 따라서 선형적으로 감응 할 수 있는 최적 조건의 니켈 나노입자를 이용하여 혈당센서를 제작하였다. 또한 체내에 존재하는 방해 인자인 아스코브산의 간섭을 억제하기 위해 음이온 고분자의 표면처리를 통하여 상대적으로 당에 선택적으로 감응하도록 하였다. 제작된 전극을 통하여 당 농도 별 산화 촉매 전류를 순환 전압 전류 법으로 측정한 결과 650 mV (vs. Ag/AgCl)에서 최대 전기적 신호가 발생되었으며, 포도당 0~6.15 mM 의 농도범위에서 전기적 신호가 선형 증가함을 확인할 수 있었다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제41권6호
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• pp.228-234
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• 2020

Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) are approved by the Food and Drug Administration (FDA) in the United States. SPIONs are used in magnetic resonance imaging (MRI) as contrast agents and targeted delivery in nanomedicine using external magnet sources. SPIONs act as an artificial peroxidase (i.e., nanozyme), and these reactions were highly stable in various pH conditions and temperatures. In this study, we report a nanozyme ability of the clustered SPIONs (CSPIONs) synthesized by the oil-in-water (O/W) method and coated with biocompatible poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA). We hypothesize that the CSPIONs can have high sensitivity toward H2O2 derived from the reaction between a fixed amount of glucose and glucose oxidase (GOX). As a result, CSPIONs oxidized a 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS) commonly used as a substrate for hydrogen peroxidase in the presence of H2O2, leading to a change in the color of the substrate. We also utilized a colorimetric assay at 417 nm using various glucose concentrations from 5 mM to 1.25 μM to validate β-D-glucose detection. This study demonstrated that the absorbance value increases along with increasing the glucose level. The results were highly repeated at concentrations below 5 mM (all standard deviations < 0.03). Moreover, the sensitivity and limit of detection were 1.50 and 5.44 μM, respectively, in which CSPIONs are more responsive to glucose than SPIONs. In conclusion, this study suggests that CSPIONs have the potential to be used for glucose detection in diabetic patients using a physiological fluid such as ocular, saliva, and urine.

• 전기화학회지
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• 제13권1호
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• pp.50-56
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• 2010

Multi-wall carbon nano-tube(MWCNT)를 이용해 screen printed carbon electrodes(SPCEs)을 제작하여 혈당센서의 선택성과 감도가 증가됨을 확인 할 수 있었다. 효소촉매반응을 위한 탄소전극으로의 전자이동의 매개체로 8족 금속 원소인 오스뮴을 중심금속으로 일차 아민을 포함하는 피리딘(pyridine) 리간드를 배위시켜 $[Os(dme-bpy)_2(4-aPy)Cl]^{+/2+}$를 합성하였다. 합성된 오스뮴 착물은 순환 전압전류법을 포함한 다양한 전기화학분석방법을 이용하여 전기적 성질을 조사하였다. 전기적 흡착방법을 이용하여 일차 아민을 갖는 착화합물을 전극위에 고정화 하였다. 오스뮴이 고정화된 MWCNT-SPCEs는 일반적인 carbon electrode보다 약 100배가량의 오스뮴이 흡착됨을 확인 할 수 있었다. (${\tau}_0=2.0\;{\times}\;10^{-9}\;mole/cm^2$) 마지막으로 당(Glucose)과 당 분해효소(Glucose Oxidase, GOx)에 의한 촉매반응의 전류를 확인하였고, 당 농도에 따라 선형 변화하는 전류의 양도 확인하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제27권1호
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• pp.65-70
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• 2006

An amperometric glucose biosensor has been developed based on the use of the nanoporous composite film of sol-gel-derived zirconia and perfluorosulfonated ionomer, Nafion, for the encapsulation of glucose oxidase (GOx) on a platinized glassy carbon electrode. Zirconium isopropoxide (ZrOPr) was used as a sol-gel precursor for the preparation of zirconia/Nafion composite film and the performance of the resulting glucose biosensor was tuned by controlling the water content in the acid-catalyzed hydrolysis of sol-gel stock solution. The presence of Nafion polymer in the sol-gel-derived zirconia in the biosensor resulted in faster response time and higher sensitivity compared to those obtained at the pure zirconia- and pure Nafion-based biosensors. Because of the nanoporous nature of the composite film, the glucose biosensor based on the zirconia/Nafion composite film can reach 95% of steady-state current less than 5 s. In addition, the biosensor responds to glucose linearly in the range of 0.03-15.08 mM with a sensitivity of 3.40 $\mu$A/mM and the detection limit of 0.037 mM (S/N = 3). Moreover, the biosensor exhibited good sensor-to-sensor reproducibility (~5%) and long-term stability (90% of its original activity retained after 4 weeks) when stored in 50 mM phosphate buffer at pH 7 at 4 ${^{\circ}C}$.

• 전기화학회지
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• 제11권3호
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• pp.176-183
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• 2008

본 연구에서는 8족 금속 원소인 osmium을 중심금속으로 4가지의 착물을 합성하였다. 합성한 착물은 ${[Os(bpy)}_2{(ap-im)Cl]}^{+/2+}$, ${[Os(dme-bpy)}_2{(ap-im)Cl]}^{+/2+}$, ${[Os(dmo-bpy)}_2{(ap-im)Cl]}^{+/2+}$, ${[Os(dcl-bpy)}_2{(ap-im)Cl]}^{+/2+}$이다. 합성된 착물을 순환전압전류법을 포함한 다양한 전기화학분석방법을 이용하여 전기적 성질을 조사하여 작용기에 따른 전위의 변화를 다음의 전위구간에서 $E_p$:$-0.06\;V{\sim}0.313\;V$ vs. Ag/AgCl 확인하였다. 합성한 화합물을 전기적 흡착방법으로 고정된 금나노입자(gold nano-particles)를 전극 위에 자기조립방식으로 고정화를 시켰다. 당과 당 분해효소(Glucose Oxidase, GOx)에 의한 촉매반응의 전류를 확인하였고, glucose농도에 따른 변화하는 전류의 양도 확인하였다. 마지막으로 고정된 4가지의 osmium complex는 서로 다른 전위로 인하여 촉매전류의 양이 달라지는 것을 알 수 있었고, 이로 인해 redox complex의 전위가 촉매반응에 미치는 영향을 확인 할 수 있었다.

• 전기화학회지
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• 제10권2호
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• pp.150-154
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• 2007

본 연구에서는 8족 금속 원소인 오스뮴을 중심금속으로 일차아민을 포함하고 있는 피리딘 (pyridine) 화합물을 배위시켜 착화합물을 합성하였다. 합성된 오스뮴 착화합물은 $[Os(dme-bpy)_2(ap-im)Cl]^{+/2+}$을 순환전압전류법을 포함한 다양한 전기화학분석법을 이용하여 전기적인 성질을 조사하였다. 또한 합성된 일차 아민을 갖는 오스뮴 착화합물을 이용하여 당 측정용 바이오센서를 제작하기 위하여 금 나노입자(Cold nano-particles)를 전기적 흡착방법을 이용하여 스크린 인쇄방법으로 만든 탄소반죽 전극 (Screen Printed Carbon Electrodes, SPEs) 위에 고정화를 시켰다. 당과 당 분해효소(Glucose Oxidase, GOx)를 혼합하여 발생하는 산화촉매전류를 확인하였고, 당 농도에 따라 변화하는 산화촉매전류의 양도 확인하였다. 새롭게 만들어진 바이오센서는 1 mM 과 같은 낮은 농도에서 감응할 수 있는 바이오센서에 응용할 수 있음을 확인하였다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2000년도 추계학술발표대회 및 bio-venture fair
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• pp.52-55
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• 2000

Structually organized mono- and multilayers were developed on gold for the catalytic and affinity biosensing using hyper-branched dendrimers. For the catalytic biosensing interface, a new approach to construct a multilayered enzyme film on the electrode surface was developed. The film was prepared by layer-by-layer depositions of dendrimers and periodate-oxidized glucose oxidase. The voltammograms obtained from the GOx/dendrimer multilayered electrodes revealed that bioelectrocatalytic response is directly correlated to the number of deposited bilayers. From the analysis of voltammetric and ellipsometric signals, the coverage of active enzyme per layer during the layering steps was estimated, demonstrating the spatially-ordered multilayer formation. As an extension of the study, dendrimers having various degrees of ferrocenyl modification were prepared and used. The resulting electrodes were electrochemically characterized, and the density of ferrocenyl groups, active enzyme coverage, and sensitivity were estimated. For the affinity-sensing surrface, a biosensor system based on avidin-biotin interaction was developed. As the building block of affinity monolayer, G4 dendrimer having partial ferrocenyl-tethered surface groups was prepared and used. And the biotinylated and electroactive dendritic monolayer was used for the affinity-sensing surface interacting with avidin. Electrochemical characterization of the resulting biosensor was conducted using free enzyme in electrolyte in terms of degree of surface coverage with avidin and subsequent surface shielding.