KR100700713B1 - Miniaturized Electrochemical System Incorporating Novel Polyelectrolyte Reference Electrode and Its Application to Thin Layer Electroanalysis - Google Patents
Miniaturized Electrochemical System Incorporating Novel Polyelectrolyte Reference Electrode and Its Application to Thin Layer Electroanalysis Download PDFInfo
- Publication number
- KR100700713B1 KR100700713B1 KR1020060018790A KR20060018790A KR100700713B1 KR 100700713 B1 KR100700713 B1 KR 100700713B1 KR 1020060018790 A KR1020060018790 A KR 1020060018790A KR 20060018790 A KR20060018790 A KR 20060018790A KR 100700713 B1 KR100700713 B1 KR 100700713B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- chamber
- electrode
- polyelectrolyte
- reference electrode
- solution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B7/00—Water main or service pipe systems
- E03B7/07—Arrangement of devices, e.g. filters, flow controls, measuring devices, siphons or valves, in the pipe systems
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
- E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
- E03B7/00—Water main or service pipe systems
- E03B7/09—Component parts or accessories
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Public Health (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
신규한 폴리전해질 참조전극을 포함하는 소형화된 전기화학 시스템 및 이것의 박층 전기분석으로의 응용이 제공된다. 상기 폴리전해질 참조전극을 포함하는 소형화된 전기화학 시스템은 A) 분석 용액의 이동통로인 마이크로채널의 진행경로 중간에 위치하는 제1 챔버인 작동 챔버의 내부에 박막 증착된 작동 전극, B) 상기 마이크로채널의 진행경로 중간에 위치하는 제2 챔버인 상대 챔버의 내부에 박막 증착된 상대 전극, 및 C) 상기 마이크로채널의 진행경로를 벗어나서 상기 작동 챔버에 연결된 폴리전해질 염다리와, 상기 폴리전해질 염다리를 통해 상기 작동 챔버에 연결된 참조 챔버와, 상기 참조 챔버에 충진된 내부 충진 용액과, 상기 참조 챔버에 수용되는 Ag/AgCl 전극을 포함하여 이루어진 폴리전해질 참조전극을 구비한다. 본 발명의 폴리전해질 참조전극을 포함하는 전기화학 시스템에 따르면, 상기 폴리전해질 염다리는, 염소이온의 이동통로를 제공하면서, 분석 용액을 참조 챔버의 내부용액으로부터 분리시킨다. 이것은 전위간섭 음이온에 의한 오염을 배제하였고, 의사 참조전극과 비교할 때, 염소이온농도에 대한 의존성을 현저히 억제하였다. 참조전극의 수명이 개선되었으며, 삼전극이 집적된 소형 박층 셀의 전기화학적 특성은 순환 볼타메트리에 의해 증명되었다. 차등 펄스 볼타메트리와 같은 다양한 전기화학적 기법이 적용될 수 있었다. 그리고, 폴리전해질 참조전극은 작동원리와 용량의 측면에서, 거시적 참조전극과 유사하였다. 더 나아가 간단한 제작공정에 의해 실용성이 증진된다.Miniaturized electrochemical systems comprising the novel polyelectrolyte reference electrodes and their application to thin layer electroanalysis are provided. The miniaturized electrochemical system including the polyelectrolyte reference electrode includes A) a thin film deposited working electrode inside an operating chamber, which is a first chamber located in the middle of a traveling path of a microchannel, which is a moving passage of an analytical solution, and B) the micro A counter electrode deposited on the inside of the counter chamber, which is a second chamber positioned in the middle of the channel, and C) a polyelectrolyte salt bridge connected to the working chamber outside the path of the microchannel and through the polyelectrolyte salt bridge. And a polyelectrolyte reference electrode including a reference chamber connected to the working chamber, an internal filling solution filled in the reference chamber, and an Ag / AgCl electrode accommodated in the reference chamber. According to the electrochemical system including the polyelectrolyte reference electrode of the present invention, the polyelectrolyte salt bridge separates the analyte solution from the internal solution of the reference chamber while providing a moving passage of chlorine ions. This eliminated contamination by potential interference anions and significantly suppressed the dependence on chlorine ion concentration as compared to the pseudo reference electrode. The lifetime of the reference electrode was improved, and the electrochemical properties of the small thin-layered cell incorporating the trielectrode were demonstrated by cyclic voltammetry. Various electrochemical techniques such as differential pulse voltammetry could be applied. In addition, the polyelectrolyte reference electrode was similar to the macroscopic reference electrode in terms of operation principle and capacitance. Furthermore, practicality is improved by a simple manufacturing process.
Description
도 1은 본 발명에 따른 폴리전해질 참조전극을 포함하는 전기화학 시스템을 보여주는 개략도이다.1 is a schematic view showing an electrochemical system including a polyelectrolyte reference electrode according to the present invention.
도 2는 도 1의 전기화학 시스템이 박층 셀의 형태로 마이크로칩에 구현된 바람직한 구현예를 보여주는 사시도이다.2 is a perspective view showing a preferred embodiment in which the electrochemical system of FIG. 1 is implemented in a microchip in the form of a thin cell.
도 3은 박막 Ag/AgCl 전극을 갖는 의사 참조전극과 염다리를 갖는 폴리전해질 참조전극 사이의 염소이온 농도에 대한 의존도를 보여주는 그래프이다. 개방 회로 전위(OCP)는 상용 Ag/AgCl 전극(3 M KCl)에 대비하여 측정되었다.3 is a graph showing the dependence of chlorine ion concentration between the pseudo reference electrode having a thin Ag / AgCl electrode and the polyelectrolyte reference electrode having a salt bridge. Open circuit potential (OCP) was measured against a commercial Ag / AgCl electrode (3 M KCl).
도 4는 인산완충식염수(PBS)에서의 폴리전해질 참조전극의 전위편차를 보여주는 그래프이다. 개방 회로 전위(OCP)는 상용 Ag/AgCl 전극(3 M KCl)에 대비하여 측정되었다. 초기 감응도는 삽입도(inset)에 제시되어 있다.4 is a graph showing the potential deviation of a polyelectrolyte reference electrode in phosphate buffered saline (PBS). Open circuit potential (OCP) was measured against a commercial Ag / AgCl electrode (3 M KCl). Initial sensitivity is shown in insets.
도 5는 다른 전기화학적 특성을 나타내는 두개의 다른 셀의 순환 볼타모그람을 보여주는 그래프이다. 챔버 높이(h)는 10 μm 및 35 μm이었다. 작동 챔버의 지 름 및 상대 챔버의 지름은 1 mm이었다. 순환 볼타모그람은 10 mM Fe(CN)6 3-를 함유하는 PBS 용액에서 얻어졌으며, 전위는 25 mV/s의 속도로 스캔하였다. y-축에서의 음전류는 페리시아나이드의 환원을 의미한다.5 is a graph showing the cyclic voltammogram of two different cells showing different electrochemical properties. Chamber heights h were 10 μm and 35 μm. The diameter of the working chamber and the diameter of the counter chamber were 1 mm. Circulating voltamogram was obtained in a PBS solution containing 10 mM Fe (CN) 6 3- and the potential was scanned at a rate of 25 mV / s. Negative current in the y-axis means reduction of ferricyanide.
도 6은 다양한 스캔 속도에서 박층 셀의 전기화학적 특성을 보여주는 순환 볼타모그람을 보여주는 그래프이다(h = 10 μM). 상기 데이터는 10 mM Fe(CN)6 3-를 함유하는 PBS 용액에서 얻어졌으며, 전위는 0 V부터 스캔되었다. 삽입도는 스캔속도와 피크 전류 사이의 관계를 보여준다. FIG. 6 is a graph showing the cyclic voltamogram showing the electrochemical properties of thin cells at various scan rates (h = 10 μM). The data were obtained in a PBS solution containing 10 mM Fe (CN) 6 3- and the potential was scanned from 0 V. Inset shows the relationship between scan rate and peak current.
도 7은 박층 셀에서 도파민의 차등 펄스 볼타모그람(DPV)을 보여주는 그래프이다. 실험은 5 - 50 μM의 도파민을 함유하는 PBS 용액에서 수행되었다. 차등 펄스 볼타모그람의 실험조건은 펄스 주기 0.2초, 펄스 진폭 0.1 V, 스캔속도 1 mV이었다. 삽입도는 보정 곡선이다.FIG. 7 is a graph showing the differential pulse voltamogram (DPV) of dopamine in thin cells. Experiments were performed in PBS solution containing 5-50 μM dopamine. Experimental conditions for the differential pulse voltamogram were 0.2 sec pulse period, 0.1 V pulse amplitude, and 1 mV scan rate. Inset is a calibration curve.
본 발명은 신규한 폴리전해질 참조전극을 포함하는 소형화된 전기화학 시스템 및 이것의 박층 전기분석으로의 응용에 관한 것이다.The present invention relates to a miniaturized electrochemical system comprising a novel polyelectrolyte reference electrode and its application to thin layer electroanalysis.
장치의 단순함에 의해 촉발된 전기화학적 기술은 마이크로칩에 기초한 분석 시스템에 광범위하게 적용되고 있다. 고감도의 작동 전극은 매우 다양함에도 불구 하고, 대다수의 응용에 있어서 참조 반-전지에 대한 선택 옵션은 매우 부족하다. 원칙적으로 좋은 참조전극(reference electrode)은 분극화되지 아니하여야 한다[1]. 다시 말해, 전극 전위가 계면을 가로지르는 높은 교환 전류에 의해 지배되어야 한다. Ag/AgCl 전극은 상기 참조전극에 대한 실질적인 선택 중의 하나이며, 광범위한 시장을 차지하고 있다. 마이크로칩 상에 형성된 전기화학적 시스템의 경우, Ag/AgCl 구성을 이용한, 소형화된 참조전극을 제조하기 위한 다양한 시도가 행해졌다. 전류 미세제작 기술은 샘플 용액과 직접 접촉하는 의사 참조전극(pseudo-reference electrode)을 채용한다. 그러나, 이러한 의사참조전극의 불안정한 전위는 작동 전극 전위의 편이를 유발하고, 전류계 센서에서 출력 신호에 영향을 미친다. 안정한 참조전극이 전위계 측정에 보다 중요하다는 것은 의심의 여지가 없다. 그러므로, 보다 좋은 성능을 구현하기 위해, 전통적 액간접합 참조전극을 소형화하는 노력은 상당히 중요하다.The electrochemical techniques triggered by the simplicity of the devices have been widely applied to microchip based analysis systems. Although highly sensitive working electrodes vary widely, the selection options for reference half-cells are very lacking in many applications. In principle, a good reference electrode should not be polarized [1]. In other words, the electrode potential must be governed by the high exchange current across the interface. Ag / AgCl electrodes are one of the practical choices for the reference electrode and occupy a wide market. For electrochemical systems formed on microchips, various attempts have been made to fabricate miniaturized reference electrodes using Ag / AgCl configurations. Current microfabrication techniques employ pseudo-reference electrodes that are in direct contact with the sample solution. However, such an unstable potential of the pseudo reference electrode causes a shift in the working electrode potential and affects the output signal in the ammeter sensor. There is no doubt that a stable reference electrode is more important for electrometer measurements. Therefore, in order to realize better performance, efforts to miniaturize the conventional liquid junction reference electrode are very important.
카루베(Karube) 연구진은, 박막 Ag/AgCl을 사용하여, 글라스 슬라이드와 실리콘 기판 상에 액간 접합을 모방하였다[2-6]. Ag/AgCl의 수명을 증가시키기 위해, 그들은 Ag 필름의 경계부분만 염소화하였다. 내부 용액와 AgCl의 접촉은 미세공동에 한정되었고, 접합부(junction)의 말단을 셀루로즈 아세테이트를 사용하여 밀폐시켜 전해질 용액의 누설을 방지하였다. 그러나, 외부 전해질에 존재하는 KCl에 대한 전위 및 수명 의존성을 성공적으로 감소시키기 위해, 5개의 서로 다른 층을 형성하기 위한, 적어도 네 번의 포토리소그라피(photolithography) 공정이 요구되었다. AgCl의 용출에 의해, 전극 수명은 약 8 시간 정도에 불과하였다. 두꺼운 Ag 필 름을 결합시키더라도, 전극 전위의 내구성은 거의 개선되지 아니하였다.Karube and his colleagues used thin film Ag / AgCl to mimic the liquid-to-liquid bonding on glass slides and silicon substrates [2-6]. To increase the lifetime of Ag / AgCl, they only chlorinated the boundaries of the Ag film. The contact between the internal solution and AgCl was limited to the microcavities, and the ends of the junction were sealed using cellulose acetate to prevent leakage of the electrolyte solution. However, to successfully reduce the potential and life dependence on KCl present in the external electrolyte, at least four photolithography processes were required to form five different layers. By elution of AgCl, the electrode life was only about 8 hours. Even when the thick Ag film was bonded, the durability of the electrode potential was hardly improved.
액간접합(liquid junction)은 아크릴 겔 형태의 전해질과 Ag 와이어를 사용하는 미세규모 시스템에도 구현되었다. 로위(Lowy) 연구진은 다양한 전해질을 함유하는 아크릴 하이드로겔 매트릭스 내에 Ag 와이어를 수용시켰다[7-9]. 개방 회로 전위는 20 시간 이상동안 안정하게 유지되었고, 평균 작동 시간은 1년이라고 주장되었다. 이 소형 참조전극은, 우수한 안정성을 가진 채, 작은 부피의 샘플에 성공적으로 사용될 수 있다. 그러나, 그의 응용은 몇몇 분야에서 제한된다. 모든 활성 요소들이 에펜도프 피펫의 마이크로칩에 함유되어 있기 때문에, 제조공정이 미세제조기술과 호환되지 아니한다. 이런 형태의 전극은, 소위 랩-온-어-칩(lap-on-a-chip)이라 불리우는, 다성분 미세유동 시스템에 집적되기는 거의 불가능하다.Liquid junctions have also been implemented in microscale systems using Ag gel and electrolytes in the form of acrylic gels. Lowy's team contained Ag wires in an acrylic hydrogel matrix containing various electrolytes [7-9]. The open circuit potential remained stable for more than 20 hours and the average operating time was claimed to be one year. This small reference electrode can be used successfully for small volumes of samples with good stability. However, his application is limited in some fields. Since all active ingredients are contained in the microchip of the eppendorf pipette, the manufacturing process is not compatible with microfabrication techniques. This type of electrode is almost impossible to integrate into a multicomponent microfluidic system, so called lap-on-a-chip.
최근에, 소닝(schoning) 등은, KCl을 함유하는 박막과 함께, 스크린 프린트된 Ag/AgCl 참조전극을 도입하였다[10]. 아가층(Agar layer)은 폴리비닐클로라이드/셀룰로즈 질산염 이중층에 의해 보호되었다. 전위는 2달 이상 안정하였고, KCl 농도에 적정하게 둔감하였다. 그러나, 아가의 조작은 미세제조 및 배치 공정에 거의 결합될 수 없다.Recently, schoning et al. Introduced a screen printed Ag / AgCl reference electrode with a thin film containing KCl [10]. The Agar layer was protected by a polyvinylchloride / cellulose nitrate bilayer. The potential was stable for more than 2 months and moderately insensitive to KCl concentration. However, the manipulation of agar can hardly be coupled to microfabrication and batching processes.
본 발명의 목적은 우수한 수명과 안정한 전위와, 소형화가 가능한 전기화학시스템을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명은 신규한 폴리전해질 참조전극을 포함하는 소형화된 전기화학 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an electrochemical system which is excellent in lifespan and stable potential and which can be miniaturized. Specifically, an object of the present invention is to provide a miniaturized electrochemical system including a novel polyelectrolyte reference electrode.
본 발명의 다른 목적은 제조공정이 용이하고, 참조 챔버의 내부 충진 용액의 오염을 효과적으로 방지하여 수명이 향상된 신규한 폴리전해질 참조전극을 포함하는 소형화된 전기화학 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a miniaturized electrochemical system including a novel polyelectrolyte reference electrode which is easy in the manufacturing process and effectively prevents contamination of the internal filling solution of the reference chamber and has an improved lifetime.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, A) 분석 용액의 이동통로인 마이크로채널의 진행경로 중간에 위치하는 제1 챔버인 작동 챔버의 내부에 박막 증착된 작동 전극과, B) 상기 마이크로채널의 진행경로 중간에 위치하는 제2 챔버인 상대 챔버의 내부에 박막 증착된 상대 전극과, C) 상기 마이크로채널의 진행경로를 벗어나서 상기 작동 챔버에 연결된 폴리전해질 염다리와, 상기 폴리전해질 염다리를 통해 상기 작동 챔버에 연결된 참조 챔버와, 상기 참조 챔버에 충진된 내부 충진 용액과, 상기 참조 챔버에 수용되는 Ag/AgCl 전극을 포함하여 이루어진 폴리전해질 참조전극을 포함하여 이루어진 전기화학 시스템이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, A) a thin film-deposited working electrode inside the working chamber which is the first chamber located in the middle of the traveling path of the microchannel, which is the moving path of the analysis solution, and B) the traveling path of the microchannel. A counter electrode having a thin film deposited inside the counter chamber, which is a second chamber positioned in the middle, and C) a polyelectrolyte salt bridge connected to the working chamber outside the path of the microchannel and connected to the working chamber through the polyelectrolyte salt bridge. An electrochemical system is provided that includes a connected reference chamber, an internal fill solution filled in the reference chamber, and a polyelectrolyte reference electrode comprising an Ag / AgCl electrode received in the reference chamber.
본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 폴리전해질 염다리가 폴리-디알릴디메틸암모늄 클로라이드에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학 시스템이 제공된다.According to another preferred embodiment of the present invention, an electrochemical system is provided wherein said polyelectrolyte salt bridge is formed by poly-diallyldimethylammonium chloride.
본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, a) 분석 용액을 도입하는 입구, b) 상기 입구로부터 도입된 분석 용액의 이동통로를 제공하는 마이크로채널, c) 상기 마이크로채널을 통과한 분석 용액의 적어도 하나 이상의 출구, d) 상기 마이크로채널의 진행경로 중간에 위치하는 작동 챔버와 상대 챔버, e) 상기 작동 챔버와 상대 챔버의 내부 표면에 각각 박막 증착된 작동 전극과 상대 전극, f) 상기 마이크로채널의 진행경로를 벗어나서 상기 작동 챔버에 연결된 폴리전해질 염다리, g) 상기 폴리전해질 염다리를 통해 상기 작동 챔버에 연결된, 내부 충진 용액을 수 용하는 참조 챔버, 및 h) 상기 참조 챔버에 수용된 Ag/AgCl 전극을 포함하여 이루어진, 전기화학 시스템이 제공된다.According to another preferred embodiment of the invention, a) an inlet for introducing an assay solution, b) a microchannel for providing a passage for the analyte solution introduced from the inlet, c) at least a portion of the assay solution passed through the microchannel At least one outlet, d) a working chamber and a counter chamber located in the middle of the path of the microchannel, e) a working electrode and a counter electrode deposited on the inner surfaces of the working chamber and the counter chamber respectively, and f) of the microchannel. A polyelectrolyte salt bridge connected to the working chamber out of the path, g) a reference chamber containing an internal filling solution connected to the working chamber through the polyelectrolyte salt bridge, and h) an Ag / AgCl electrode housed in the reference chamber. Including, an electrochemical system is provided.
도 1은 본 발명에 따른 폴리전해질 참조전극을 포함하는 전기화학 시스템을 보여주는 개략도이고, 도 2는 상기 전기화학 시스템이 박층 셀의 형태로 구현된 마이크로칩을 보여주는 사시도이다.1 is a schematic view showing an electrochemical system including a polyelectrolyte reference electrode according to the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a microchip in which the electrochemical system is implemented in the form of a thin layer cell.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 and 2.
본 발명에 따른 전기화학 시스템은 다음의 구성요소로 이루어진다:The electrochemical system according to the invention consists of the following components:
A) 분석 용액의 이동통로인 마이크로채널(104)의 진행경로 중간에 위치하는 제1 챔버인 작동 챔버(106)의 내부에 박막 증착된 작동 전극(101)과,A) a thin film-deposited working
B) 상기 마이크로채널(104)의 진행경로 중간에 위치하는 제2 챔버인 상대 챔버(107)의 내부에 박막 증착된 상대 전극(102)과,B) a
C) 상기 마이크로채널(104)의 진행경로를 벗어나서 상기 작동 챔버(106)에 연결된 폴리전해질 염다리(108)와, 상기 폴리전해질 염다리(108)를 통해 상기 작동 챔버(106)에 연결된 참조 챔버(109)와, 상기 참조 챔버에 충진된 내부 충진 용액과, 상기 참조 챔버(109)에 수용되는 Ag/AgCl 전극(110)을 포함하여 이루어진 폴리전해질 참조전극.C) the
상기 전기화학 시스템이 박층 셀의 형태로 구현된 상기 마이크로칩(1)은 a) 분석 용액을 도입하는 입구(103), b) 상기 입구(103)로부터 도입된 분석 용액의 이동통로를 제공하는 마이크로채널(104), c) 상기 마이크로채널(104)을 통과한 분석 용액의 출구(105), d) 상기 마이크로채널(104)의 진행경로 중간에 위치하는 작동 챔버(106)와 상대 챔버(107), e) 상기 작동 챔버(106)와 상대 챔버(107)의 내부 표면에 각각 박막 증착된 작동 전극(101)과 상대 전극(102), f) 염소이온의 이동통로를 제공하며, 상기 마이크로채널(104)의 진행경로를 벗어나서 상기 작동 챔버(106)에 연결된 폴리전해질 염다리(108), g) 상기 폴리전해질 염다리(108)를 통해 상기 작동 챔버(106)에 연결된, 내부 충진 용액을 수용하는 참조 챔버(109), 및 h) 상기 참조 챔버(109)에 수용된 Ag/AgCl 전극(110)을 포함하여 이루어진다.The
도 1 및 도 2을 참조하여, 각 구성요소를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 우선, 작동 전극(101)(working electrode or indicator electrode)과 상대 전극(102)(counter electrode)은, 증착에 의해 박막 형태로 형성된다. 이러한 박막 증착된 작동 전극(101)과 상대 전극(102)은 본 발명에 따른 미세유동칩의 소형화에 기여한다.1 and 2, each component will be described in more detail as follows. First, the working electrode 101 (working electrode or indicator electrode) and the counter electrode 102 (counter electrode) are formed in a thin film form by vapor deposition. The thin film deposited working
분석 용액을 도입하기 위해, 입구(103)가 형성된다. 상기 입구(103)를 통해 도입된 분석 용액은 마이크로채널(104)을 통해 이동하고, 출구(105)를 통해 방출된다. 박막증착된 작동 전극(101)의 소정 영역과 겹칠 수 있도록 작동 챔버(106)(working chamber or indicator chamber)가 형성된다. 이 때, 상기 작동 챔버(106)는 상기 마이크로채널(104)의 진행경로의 중간에 위치한다. 같은 방식으로, 박막증착된 상대 전극(102)의 소정 영역과 겹칠 수 있도록 상대 챔버(107)가 형성된다. 이 때, 상기 상대 챔버(107)도 상기 마이크로채널(104)의 진행경로 상에 위치한다.
상기 작동 챔버(106)에는 폴리전해질 염다리(108)가 연결된다. 이 때, 상기 폴리전해질 염다리(108)는 상기 마이크로채널(104)의 진행경로를 벗어나서 존재한다. 참조 챔버(109)는 상기 폴리전해질 염다리(108)를 통해 상기 작동 챔버(106)에 연결된다. 상기 참조 챔버(109)는 내부 용액(internal solution)(미도시)에 의해 충진되어 있으며, Ag/AgCl 참조 전극(110)을 수용한다. 이 때, Ag/AgCl 전극(110)은, 작동 전극(101) 및 상대 전극(102)과 달리, 거시적 전극으로서, 와이어 또는 막대 형상을 갖는 전극이다. The working
거시적 전극인 Ag/AgCl 전극(110)은 충분한 양의 AgCl을 포함하고 있으며, 이것은 전위를 충분한 시간 동안 안정하게 유지할 수 있도록 한다. 내부 전해질 용액을 수용하기 저장조는 상대적으로 큰 면적을 갖고 있으며, 염소이온(Cl-)의 유출은 폴리전해질 염다리에 의해 사실상 배제된다. 따라서, 참조 챔버(109)에 수용되는 내부 전해질 용액의 염소이온 농도는 충분한 시간 동안 일정하게 유지된다. 이것은 전기화학 시스템의 수명을 향상시키고, 용량의 증대를 가져온다.The macroscopic electrode Ag /
본 발명에 따르면, 참조 전극(reference electrode)은 거시적 Ag/AgCl 전극(110), 내부 충진 용액으로 채워진 모노리식 참조 챔버(109) 및 미시적 폴리전해질 염다리(108)에 의해 구현된다. Ag/AgCl 전극(110)의 화학적 평형은, 이것의 표면적이 마이크로칩 상에 형성된 전기화학셀에 비교할 때 충분히 크기 때문에, 전위를 안정하게 한다. 상기 Ag/AgCl 전극(110)은, 외부 작동 전기회로를 마이크로칩에 편리하게 연결할 만큼 충분한 신축성을 갖는다. 반면에, 미시적 폴리전해질 염다리 (108)는 박층 셀 형태의 전기적 접속을 가능케 한다. 그 결과로서, 거시적 전극 시스템으로부터 전기적 안정성과 충분한 용량이 제공되고, 미시적 볼타메트리 시스템으로부터 소형화가 가능하다. 이러한 조합은, 셀의 형태, 위치 또는 크기에 상관없이, 보다 안정하고, 다루기 쉬운 전기화학 시스템을 마이크로칩 상에 형성할 수 있도록 한다.According to the present invention, the reference electrode is implemented by a macro Ag /
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 폴리전해질 염다리(108)은 폴리-디알릴디메틸암모늄 클로라이드에 의해 형성된다. 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(diallyldimethylammonium chloride, 이하 "DADMAC")는 수용성 4가 암모늄 화합물이며, 그의 선형 고분자(폴리-디알릴디메틸암모늄 클로라이드, 이하 "pDADMAC") 또한 수용성이고, 폐수 처리, 제지 산업, 광산업 및 생물학에 사용된다. 생의학적 응용에 있어서, 단백질 및 펩타이드를 위한 미세- 및 나노-입자 의약 전달 시스템, 그리고 DNA, RNA를 세포 또는 조직으로 운반하기 위한 비-바이러스 벡터 시스템에 대한 이들의 응용이 현재 연구되고 있다[11]. pDADMAC는 폴리전해질 하이드로겔이고, 높은 전하밀도에 의해 물을 고분자 사슬을 따라 강하게 흡수한다. 더 나아가, pDADMAC 층은 전도성을 갖고 있으며, 거시적 전기화학 시스템에 통상 사용되는, KCl로 포화된 아가층처럼 행동한다. pDADMAC 충진체는, 광고분자화 기법에 의해, 마이크로칩 상의 특정 부위에 형성될 수 있다[12]. 카파-카라기란(Kappa-Carrageenan) 등에 의해, γ-복사는 DADMAC의 고분자화를 촉진시키고, 내부투과성 폴리머 네트웍 구조를 형성한다[13]. 베베(Beebe) 연구진은, 광개시제의 도움하에, DADMAC 모노머를 마스크 상에 UV 광을 조사하여 고분자화하여 미세유동 시스템을 제조하였다[14]. 따라서, 그들은 관심있는 특정 부위에만 선택적으로 폴리머 구조를 형성할 수 있었다. 이러한 폴리전해질 염다리(108)에 의해, 염소이온에 의한 영향이 현저히 감소되는데, 그 이유는 참조 챔버(109)에 위치하는 Ag/AgCl 전극(110)이 상기 폴리전해질 염다리(108)에 의해, 작동 전극(101)의 분석 용액으로부터 분리되어 있기 때문이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the
이하, 실시예를 참조하여 본 발명의 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예Example
1. 사용한 물질1. Material used
광개시제{2-하이드록시-4'-(2-하이드록시에톡시)-2-메틸프로피오페논(DADMAC)}, 가교제(N,N'-메틸렌비스아크릴아미드)를 시그마 알드리치 주식회사(미국)로부터 구입하였다. Ag 와이어(1.0 mm 지름, 99.99%) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)을 알드리치 주식회사(미국) 및 다우코닝(미국)으로부터 각각 구입하였다. 네가티브 에폭시-형 포토레지스트(SU8TM) 및 현상액은 마이크로켐 주식회사(미국)으로부터 구입하였고, PDMS 채널용 성형틀을 만드는데 사용하였다. Pt 전극을 패턴화하기 위해, 황산, 과산화수소, 아세톤, 메탄올 및 헥사메틸디실란(HMDS)를 분석용 등급으로 제이. 티이. 베이커 주식회사(미국)로부터 구입하여 추가적 정제없이 사용하였다. 파지티브 포토레지스트(AZ5214-ETM) 및 현상액(AZ300MIFTM)는 클라리언트 주식회사(스위스)로부터 구입하였다. 포토레지스트 및 HDMS는 냉장고에서 4℃로 보관하였다.Photoinitiator {2-hydroxy-4 '-(2-hydroxyethoxy) -2-methylpropiophenone (DADMAC)} and crosslinking agent (N, N'-methylenebisacrylamide) from Sigma Aldrich Co., Ltd. (USA) Purchased. Ag wire (1.0 mm diameter, 99.99%) and polydimethylsiloxane (PDMS) were purchased from Aldrich Corporation (USA) and Dow Corning (USA), respectively. Negative epoxy-type photoresist (SU8 ™ ) and developer were purchased from Microchem Inc. (USA) and used to make molds for PDMS channels. To pattern Pt electrodes, sulfuric acid, hydrogen peroxide, acetone, methanol and hexamethyldisilane (HMDS) were analyzed to an analytical grade. Tey. It was purchased from Baker Corporation (USA) and used without further purification. Positive photoresist (AZ5214-E ™ ) and developer (AZ300MIF ™ ) were purchased from Clariant Corporation (Switzerland). Photoresist and HDMS were stored at 4 ° C. in the refrigerator.
NaH2PO4(98%), Na2HPO4ㅇ12H2O(98%) 및 KCl(99.5%)은 준세이 화학 주식회사(일 본)로부터 구입하였고, K3F3(CN)6(99%)는 아작스 화학 주식회사(오스트레일리아)로부터 구입하였고, 도파민(3-히드록시티라민 염산, 98%)는 알드리치로부터 구입하여 사용하였다. 나노푸어 다이아몬드를 사용하여 정제한 탈이온수는 바른스테드(미국)로부터 구입하였고, 전해액의 제조 및 세정의 용도로 사용하였다.NaH 2 PO 4 (98%), Na 2 HPO 4 -12H 2 O (98%) and KCl (99.5%) were purchased from Junsei Chemical Co., Ltd. (Japan), K 3 F 3 (CN) 6 (99% ) Was purchased from Ajax Chemicals, Inc. (Australia), and dopamine (3-hydroxytyramine hydrochloric acid, 98%) was purchased from Aldrich and used. Deionized water purified using nanopoor diamond was purchased from Barnstead (USA) and used for the preparation and cleaning of electrolyte solution.
2. 집적 삼전극 시스템의 제조 및 구조2. Fabrication and Structure of Integrated Three-electrode System
2.1 PDMS 채널용 SU-8 성형틀2.1 SU-8 Molding Molds for PDMS Channels
코닝 2947 슬라이드 글라스(75 mm × 25 mm, 두께: 1 mm)를 기판으로 사용하였다. 하나의 글라스를 피란하 용액(H2SO4:H2O2 = 3:1)에서 세정한 후, 탈이온수로 세척하고, 아세톤(CMOS grade, J.T. Baker, USA), 메탄올(CMOS grade, J.T. Baker, USA) 및 탈이온수로서 2회 순차 세척하였다. 세척된 슬라이드 글라스를 150℃의 핫플레이트 상에 10분 동안 놓아두어 탈수한 후 상온으로 냉각시켰다. 원주식회사(대전, 한국)로부터 구입한 스핀 코팅기를 사용하여, 헥사메틸디실라잔(HMDS)을 접착 증진제로서 상기 슬라이드 글라스 상에 4000 rpm의 속도로 30초 동안 스핀코팅시키고, 잉여의 용매를 150℃의 핫플레이트 상에서 5분 동안 베이킹하여 증발시켰다. 냉각된 슬라이드 상에 SU8을 1800 rpm의 속도로 30초 동안 스핀코팅하여, 10-11 μm의 두께를 갖는 SU8 필름을 형성하였다. 그런 후, SU8-코팅된 슬라이드 글라스를 핫플레이트 상에서 두 단계로 베이킹하였다: 65℃에서 2분 그리고 90℃에서 5분. 냉각한 후, 마이다스 시스템 주식회사로부터 구입한 마스크 정렬기에서, 채널-패턴된 마스크를 배치한 후, 상기 슬라이드 글라스를 UV광 (365 nm, 강도: 16 mW/cm2)에 10초 동안 노출시키고, 65℃에서 1분 그리고 90℃에서 2분 동안 베이킹하였다. 그런 후, 냉각된 슬라이드 글라스를 SU8 현상액을 사용하여 현상하였다. 이소프로필 알코올 및 탈이온수를 사용하여 조심스럽게 세정하고, 슬라이드 글라스 상의 SU8 패턴을 175℃의 핫플레이트에서 2시간 동안 경화하여 표면부착시켰다.Corning 2947 slide glass (75 mm × 25 mm, thickness: 1 mm) was used as the substrate. One glass was washed in a Piranha solution (H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 3: 1), then washed with deionized water, acetone (CMOS grade, JT Baker, USA), methanol (CMOS grade, JT Baker, USA) and two sequential washes with deionized water. The washed slide glass was placed on a hot plate at 150 ° C. for 10 minutes to dehydrate, and then cooled to room temperature. Using a spin coater purchased from Wonju Co., Ltd. (Daejeon, Korea), hexamethyldisilazane (HMDS) was spin-coated on the slide glass for 30 seconds at a speed of 4000 rpm as an adhesion promoter, and excess solvent was 150 It was evaporated by baking for 5 minutes on a hotplate at < RTI ID = 0.0 > SU8 was spin coated on the cooled slides at a speed of 1800 rpm for 30 seconds to form a SU8 film with a thickness of 10-11 μm. The SU8-coated slide glass was then baked in two steps on a hotplate: 2 minutes at 65 ° C. and 5 minutes at 90 ° C. After cooling, in a mask aligner purchased from Midas Systems, Inc., after placing the channel-patterned mask, the slide glass was exposed to UV light (365 nm, intensity: 16 mW / cm 2 ) for 10 seconds, Baked at 65 ° C. for 1 minute and 90 ° C. for 2 minutes. Thereafter, the cooled slide glass was developed using a SU8 developer. Carefully washed with isopropyl alcohol and deionized water, and the SU8 pattern on the slide glass was cured for 2 hours on a 175 ° C. hotplate to surface adhere.
채널-패턴된 PDMS 층의 제조를 위해, 경화제 1 중량부를 PDMS 10 중량부에 첨가하였다. 이들을 혼합한 후, 혼합물을 진공 챔버에서 30분 동안 탈기시켰다. 그런 후, PDMS 혼합물을 상기 제조된 SU8 성형틀에 붓고, 62℃에서 2시간동안 경화시켰다.To prepare the channel-patterned PDMS layer, 1 part by weight of hardener was added to 10 parts by weight of PDMS. After mixing these, the mixture was degassed in a vacuum chamber for 30 minutes. Then, the PDMS mixture was poured into the SU8 molding die prepared above and cured at 62 ° C. for 2 hours.
2.2 금속전극 및 이들의 조립체 2.2 Metal Electrodes and Their Assemblies
코닝 2947 슬라이드 글라스(75 mm × 25 mm, 두께: 1 mm)에 대한 세정 및 HDMS 코팅은 상기에 기술된 방법으로 수행하였다. 그 후, AZ5241-E를 2000 rpm의 속도로 30초 동안 스핀코팅시키고, 100℃의 핫플레이트 상에서 1분 동안 베이킹하였다. 상기 포토레지스트 코팅된 슬라이드 글라스를, 전극이 패턴화된 마스크를 배치한 후, UV광 (365 nm, 강도: 16 mW/cm2)에 5초 동안 노출시키고, 100℃에서 5분동안 베이킹하였다. 이미지 역전을 위해, 슬라이드 글라스 상의 포토레지스트에 UV 조사를 전체 영역에 걸쳐 15초 동안 수행하였다. 패턴을 AZ300MIF 현상액을 이용하여 현상시키고, 탈이온수를 사용하여 세척하였다.Cleaning and HDMS coating on Corning 2947 slide glass (75 mm × 25 mm, thickness: 1 mm) were performed by the method described above. AZ5241-E was then spin coated for 30 seconds at a speed of 2000 rpm and baked for 1 minute on a hotplate at 100 ° C. The photoresist coated slide glass was exposed to UV light (365 nm, intensity: 16 mW / cm 2 ) for 5 seconds after placing the electrode patterned mask, and baked at 100 ° C. for 5 minutes. For image reversal, UV radiation was applied to the photoresist on the slide glass for 15 seconds over the entire area. The pattern was developed using AZ300MIF developer and washed with deionized water.
상기 슬라이드 글라스를 공기 블로잉으로 건조하였다. 20 나노미터 두께의 Ti와 100 나노미터 두께의 Pt 층을, RF 마그네트론 스퍼터를 이용하여 차례로 증착 시켰다. 그 후, Ti/Pt 층을 아세톤에 침지시키고, 3510E-DTH 초음파기를 이용하여 5분 동안 초음파 세척하였다. 작동 전극 및 상대 전극의 지름은 각각 1 mm 및 2 mm이었다. Pt-탑재된 슬라이드 글라스와 마이크로채널 패턴을 갖는 상기 PDMS 층을 공기 플라즈마 세정기/살균기(RGD-100, 레플렉스 어낼리틱 주식회사, 미국)를 이용하여 30초 동안 플라즈마 처리하고, 정렬한 후, 영구적으로 결합시켰다.The slide glass was dried by air blowing. Twenty nanometer thick Ti and 100 nanometer thick Pt layers were sequentially deposited using RF magnetron sputters. The Ti / Pt layer was then immersed in acetone and sonicated for 5 minutes using a 3510E-DTH sonicator. The diameters of the working electrode and the counter electrode were 1 mm and 2 mm, respectively. The PDMS layer with Pt-mounted slide glass and microchannel pattern was plasma treated for 30 seconds using an air plasma cleaner / sterilizer (RGD-100, Reflex Analyticals, USA), aligned, and then permanently Combined.
2.3 폴리전해질 염다리2.3 Polyelectrolyte salt bridge
폴리전해질 염다리 물질로서 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC)를 선택하였다. 2 중량% 광개시제와 2중량% 가교제의 존재하에, 65% DADMAC 수용액을 KCl로 포화시켰다. 상기 DADMAC 용액을 상기 PDMS/글라스 칩에 형성된 마이크로채널에 충진하였다. 상기 칩 상에 염다리가 패턴화된 마스크를 배치하고, UV 광을 5초 동안 조사하였다. 노광된 DADMAC 단분자들은 고분자화하여 폴리-DADMAC(이하 "pDADMAC")를 상기 참조챔버 및 작동 챔버 사이에 형성하였다. 상기 염다리는 작은 공간에 원형으로 형성되는데, 이것은 폴리머 플러그가 세정 및 샘플 주입하는 동안 이동하는 것을 방지하기 위함이다. 고분자화되지 아니한 DADMAC 용액을 채널로부터 제거하고, 마이크로채널 및 챔버들을 탈이온수 및 인산완충용액을 이용하여 수회 세정하였다.Diallyldimethylammonium chloride (DADMAC) was selected as the polyelectrolyte salt bridge material. In the presence of 2% by weight photoinitiator and 2% by weight crosslinker, the 65% DADMAC aqueous solution was saturated with KCl. The DADMAC solution was filled in microchannels formed on the PDMS / glass chip. A mask patterned with salt bridges was placed on the chip, and UV light was irradiated for 5 seconds. The exposed DADMAC single molecules polymerized to form poly-DADMAC (hereinafter “pDADMAC”) between the reference chamber and the working chamber. The salt bridge is circular in a small space to prevent the polymer plug from moving during cleaning and sample injection. The unpolymerized DADMAC solution was removed from the channel and the microchannels and chambers were washed several times with deionized water and phosphate buffer.
3. 절차3. Procedure
전기화학적 측정은, 용액 A(0.1M Na2HPO4, 0.15M NaCl) 및 용액 B(0.1M NaH2PO4, 0.15M NaCl)를 혼합하여 pH 7.4로 조정된, 인산완충액에서 수행되었다. 다 양한 농도의 염소이온(Cl-)를 사용하여 실험하기 위해, 명시된 NaCl 농도에서 용액 A 및 B를 복수개 제조하고, 이 두개의 용액을 섞어서, 각각의 염소이온 농도[Cl-]에서 pH가 조정된 용액을 제조하였다.Electrochemical measurements were performed in phosphate buffer, adjusted to pH 7.4 by mixing Solution A (0.1M Na 2 HPO 4 , 0.15M NaCl) and Solution B (0.1M NaH 2 PO 4 , 0.15M NaCl). Variety of chloride ion (Cl -) in a concentration to experiments using, and a plurality of producing the solutions A and B in the stated NaCl concentration, the mixing of two solutions, each of the chlorine ion content [Cl -] pH is adjusted in The prepared solution.
pDADMAC 하이드로겔의 임피던스 스펙트럼은 두 개의 Ag/AgCl 와이어 전극 사이에서, 프리시전 콤포넌트 애널라이저 6440A LCR 미터에 의해 얻어졌다. 두 개의 Ag/AgCl 와이어 전극은 두개의 3M KCl 용액에 각각 침지되었고, 이들 사이에 마이크로채널(200 μm × 30 μm, 길이 6 mm)이 존재한다. 하나의 pDADMAC 플러그가 상기 두개의 용액(3M KCl 용액) 사이에 존재하고, 이것은 염다리로서 작용한다. 결과적으로, 두개의 Ag/AgCl 와이어 전극은 이온 전류가 pDADMAC 플러그를 통해 흐름으로써 전기적으로 연결되어 있다. 그 후, 20 Hz에서 3 MHz의 주파수 영역에서 임피던스를 측정하였다.Impedance spectra of pDADMAC hydrogels were obtained by the Precision Component Analyzer 6440A LCR meter, between two Ag / AgCl wire electrodes. Two Ag / AgCl wire electrodes were immersed in two 3M KCl solutions, respectively, with microchannels (200 μm × 30 μm, 6 mm in length) between them. One pDADMAC plug is present between the two solutions (3M KCl solution), which acts as a salt bridge. As a result, the two Ag / AgCl wire electrodes are electrically connected by the ion current flowing through the pDADMAC plug. Then, the impedance was measured in the frequency region of 20 MHz at 3 MHz.
전기화학적 측정{순환 볼타메트리(CV) 및 차등 펄스 볼타메트리(DPV)}은 전기 화학적 워크스테이션 CHI 660A(CH 인스트루멘츠, 미국)를 사용하여 수행하였다. 개방 회로 전위(open-circuit potential, 간단히 "OCP") 실험을 위해, 참조 챔버를 1M KCl 용액으로 충진시킨 후, 상용 Ag/AgCl 전극(CHI111, CH 인스트루멘츠, 미국)을 사용하여 전위를 측정하였다.Electrochemical measurements (cyclic voltametry (CV) and differential pulse voltametry (DPV)) were performed using an electrochemical workstation CHI 660A (CH Instruments, USA). For open-circuit potential (or simply "OCP") experiments, the reference chamber is filled with 1M KCl solution and the potential is measured using a commercial Ag / AgCl electrode (CHI111, CH Instruments, USA). It was.
4. 결과 및 검토4. Results and review
4.1 폴리전해질 염다리의 전기적 성질4.1 Electrical Properties of Polyelectrolyte Salt Bridges
폴리전해질 참조 전극의 특성을 규명하기 위해, 전기화학적 임피던스를 20 Hz에서 3 MHz의 주파수 영역에서 측정하였다. 우선적으로, pDADMAC 하이드로겔 자체의 임피던스 스펙트럼을 기록하였다. 측정 시스템은, 직선 6 mm 길이, 단면적 6 × 10-9m2를 갖는 pDADMAC 하이드로겔 채널과, 이것에 의해 분리된 3M KCl 용액 내의 두개의 Ag/AgCl 와이어 전극으로 구성된다. 테스트 결과, 전체 주파수 영역에서 26 kΩ의 평형한 임피던스를 생성하였으며, 이것은 상기 pDADMAC 하이드로겔이 저항성이고, 주파수에 독립적인 물질임을 의미한다. pDADMAC 폴리머의 저항률은 아래의 수학식 1에 의해 정해진다.To characterize the polyelectrolyte reference electrode, electrochemical impedance was measured in the frequency region of 20 Hz to 3 MHz. First, the impedance spectrum of the pDADMAC hydrogel itself was recorded. The measurement system consists of a pDADMAC hydrogel channel with a straight 6 mm length,
저항률은 0.026 Ωm이었다. 그런 후, pDADMAC 하이드로겔에 기초한 집적 염다리의 임피던스 스펙트럼을 본 연구의 마이크로칩 시스템에서 얻었다. 도 1 및 도 2에 도시된 참조 챔버와 작동 챔버 사이에서 임피던스를 측정하였다. pDADMAC 하이드로겔의 저항률에서 예상되는 바와 같이, 결과는 전체 주파수 영역에서 40 kΩ의 평형한 임피던스를 얻었다. pDADMAC 하이드로겔 플러그의 임피던스 스펙트럼은 아가에 기초한 소형 참조전극의 그것과 매우 유사하였다[15].The resistivity was 0.026 mm. The impedance spectrum of the integrated salt bridge based on the pDADMAC hydrogel was then obtained in the microchip system of this study. The impedance was measured between the reference chamber and the working chamber shown in FIGS. 1 and 2. As expected in the resistivity of the pDADMAC hydrogel, the result yielded a balanced impedance of 40 kΩ over the entire frequency range. The impedance spectrum of the pDADMAC hydrogel plug was very similar to that of the small reference electrode based on agar [15].
4.2 폴리전해질 참조전극의 안정성4.2 Stability of Polyelectrolyte Reference Electrode
인산완충식염수 용액에서, Ag/AgCl (3 M KCl) 대비 폴리전해질 참조전극의 전위는 평균 19 mV이었고, 13-26 mV의 신뢰영역(95%)을 가졌으며, 이것은 재현성이 있는 결과였다. 염소이온의 농도 차이에 의한 25 mV의 측정값은 신뢰영역 내에 존 재하였다.In phosphate buffered saline solution, the average potential of the polyelectrolyte reference electrode was 19 mV compared to Ag / AgCl (3 M KCl) and had a confidence region (95%) of 13-26 mV, which was a reproducible result. The measured value of 25 mV due to the difference in the concentration of chlorine ions was in the confidence region.
참조전극의 성능에 영향을 미치는 골칫거리 중의 하나는 실버이온이 존재할 때 침전하는 음이온이다. Ag/AgCl 전극이 Br-, I-, S2-를 함유하는 용액에 노출될 때, 대응되는 염의 나쁜 용해도는 음방향으로 상당한 전위 편이를 야기한다(Ksp(AgCl) = 1.8 × 10-10, Ksp(AgBr) = 5.0 × 10-13, Ksp(AgI) = 8 × 10-17, Ksp(Ag2S) = 8 × 10-51)[2,16].One of the headaches affecting the performance of the reference electrode is the anion that precipitates when silver ions are present. When the Ag / AgCl electrode is exposed to a solution containing Br − , I − , S 2 − , the poor solubility of the corresponding salt causes a significant potential shift in the negative direction (K sp (AgCl) = 1.8 × 10 −10 , K sp (AgBr) = 5.0 × 10 -13 , K sp (AgI) = 8 × 10 -17 , K sp (Ag 2 S) = 8 × 10 -51 ) [2,16].
표 1은 상용 Ag/AgCl (3 M KCl) 대비 폴리전해질 염다리의 전위를 측정한 표이다.Table 1 is a table measuring the potential of the polyelectrolyte salt bridge compared to commercial Ag / AgCl (3 M KCl).
표 1에 도시된 바와 같이, 폴리전해질 참조전극의 반응성은 농축된 음이온에 노출된 이후에도 오류 영역을 넘어서는 편차를 나타내지 아니하였다. 따라서, 참조전극 내의 Ag/AgCl 와이어는 음이온 방해 테스트 동안 완전하게 존재하게 된다. 다층 구조의 pDADMAC 필름이 글리세롤, 글루코즈 및 수크로즈와 같은 생화학물질에 대한 좋은 확산 장벽임이 보고된 바 있다. 40 nm 두께의 pDADMAC 필름이 90%의 수크로즈를 거절하고, NaCl의 유량을 40% 감소시켰다[17]. 본 시스템은 500 μm 길이의 pDADMAC 장벽을 갖고, Ag/AgCl 와이어는 염다리로부터 멀리 떨어져 위치한다. 그러므로, 방해 음이온과 실버 이온의 침전은 안전하게 예방된다.As shown in Table 1, the reactivity of the polyelectrolyte reference electrode did not show a deviation beyond the error region even after exposure to the concentrated anions. Thus, Ag / AgCl wire in the reference electrode is completely present during the negative ion disturbance test. It has been reported that multilayered pDADMAC films are good diffusion barriers to biochemicals such as glycerol, glucose and sucrose. A 40 nm thick pDADMAC film rejected 90% sucrose and reduced the flow of NaCl by 40% [17]. The system has a 500 μm long pDADMAC barrier and the Ag / AgCl wire is located far from the salt bridge. Therefore, precipitation of interfering anions and silver ions is safely prevented.
Ag/AgCl 전극의 전위는 염소이온의 활성화도에 의해 지배되고, 아래의 수학식 2의 네른스트 방정식으로 표현될 수 있다.The potential of the Ag / AgCl electrode is governed by the degree of activation of chlorine ions, and can be expressed by the Nernst equation of
여기서, E0는 전극 표준 전위, n은 전기화학 반응에 관여하는 전자수, R은 몰기체 상수, T는 절대온도, F는 파라데이 상수, [Cl-]는 자유 염소이온의 농도, α는 염소이온 활성화도 상수를 나타낸다. 2.303(RF/nF)는, 온도에 의존적이고, 25℃에서 59.16 mV로 환산되고, 희석 용액에서 α =1 이다. 따라서, 상기 방정식은 아래의 수학식 3으로 표현된다.Here, E 0 is the electrode standard potential, n is the number of electrons involved in electrochemical reactions, R is molar gas constant, T is absolute temperature, F is Faraday's constant, [Cl -] is the concentration of free chloride ion, α is Chloride activation activity constant. 2.303 (RF / nF) is temperature dependent, converted to 59.16 mV at 25 ° C., and α = 1 in dilute solution. Therefore, the equation is represented by the following equation (3).
도 3은 박막 Ag/AgCl 전극을 갖는 의사 참조전극과 염다리를 갖는 폴리전해질 참조전극 사이의 염소이온 농도에 대한 의존도를 보여주는 그래프이다. 도 3에 보여진 바와 같이, 0.01 - 1.0 M NaCl 용액에서 Ag/AgCl 의사-참조전극의 전위는 129-27 mV 영역에서 변화한다. 박막 참조전극의 경우, log[Cl-] 대비 전극 전위의 기울기는 50 mV이었다. Ag/AgCl 박막의 경우, 10 μm 두께의 Ag 층이 스퍼터링된 Pt 필름 상에서 전기도금되었고, AgCl 층의 표면은 1% (w/w) FeCl3 수용액을 사용하 여 30분 동안 염소화하였다. 폴리전해질 참조 전극의 경우, [Cl-]의 영향은 현저히 감소되었는데, 그 이유는 참조 챔버에 위치하는 Ag/AgCl 와이어 전극이 작동 전극의 분석 용액으로부터 분리되어 있기 때문이다. 폴리전해질 참조 시스템은 1 mM - 1 M 농도 영역에 걸쳐 10 mV의 제한된 전위 편이를 나타내었다. 이 결과는 액간접합 참조전극에서의 경향과 유사하였다[4,10]. pH의 편차를 배제하기 위해, 다양한 농도의 NaCl 용액이 정해진 양의 NaCl을 0.1M 인산완충액에 첨가하여 얻어졌음을 주의할 필요가 있다. 따라서, 희석 NaCl 용액(< 0.1 M)은 유사한 이온 강도를 갖게 된다.3 is a graph showing the dependence of chlorine ion concentration between the pseudo reference electrode having a thin Ag / AgCl electrode and the polyelectrolyte reference electrode having a salt bridge. As shown in FIG. 3, the potential of the Ag / AgCl pseudo-reference electrode in 0.01-1.0 M NaCl solution varies in the region of 129-27 mV. In the case of the thin film reference electrode, the slope of the electrode potential with respect to log [Cl − ] was 50 mV. For Ag / AgCl thin films, a 10 μm thick Ag layer was electroplated on the sputtered Pt film and the surface of the AgCl layer was chlorinated for 30 minutes using 1% (w / w) FeCl 3 aqueous solution. For polyelectrolyte reference electrodes, the effect of [Cl − ] was significantly reduced because the Ag / AgCl wire electrode located in the reference chamber was separated from the analyte solution of the working electrode. The polyelectrolyte reference system exhibited a limited potential shift of 10 mV over the 1 mM-1 M concentration region. This result was similar to the trend in the liquid junction reference electrode [4, 10]. In order to rule out pH variations, it is to be noted that various concentrations of NaCl solution were obtained by adding a fixed amount of NaCl to 0.1M phosphate buffer. Thus, dilute NaCl solution (<0.1 M) will have similar ionic strength.
4.3 폴리전해질 참조전극의 수명4.3 Life of Polyelectrolyte Reference Electrode
소형화된 액간참조전극의 수명은 두개의 주요 인자에 의해 영향을 받는다. 하나는 Ag/AgCl 전극으로부터 AgCl의 용출이고, 다른 하나는 농도의 상당한 변화를 야기하는 내부 전해질 용액으로부터 Cl-의 누설이다. Ag/AgCl 와이어는 충분한 양의 AgCl을 갖고 있으며, ∼pA 수준의 전류에서 몇시간동안 전위를 유지할 수 있다. 내부 전해질 용액을 수용하는 참조 챔버는 상대적으로 매우 크고(∼ 50 nL), 전술한 폴리전해질 염다리에 의해 외부 용액으로 Cl-가 유출되는 것이 사실상 배제되어 있다. 따라서, 내부 전해질 용액의 염소이온의 농도는 연장된 기간동안 일정하게 유지될 수 있다.The life span of the miniaturized liquid reference electrode is influenced by two main factors. One is the elution of AgCl from the Ag / AgCl electrode and the other is the leakage of Cl − from the internal electrolyte solution causing a significant change in concentration. Ag / AgCl wires have a sufficient amount of AgCl and can hold a potential for several hours at currents of ˜pA. The reference chamber containing the internal electrolyte solution is relatively very large (˜50 nL) and virtually excludes Cl − outflow to the external solution by the polyelectrolyte salt bridge described above. Thus, the concentration of chlorine ions in the internal electrolyte solution can be kept constant for an extended period of time.
장시간의 안정성을 테스트하기 위해, 1 M KCl 용액을 참조 챔버에 충진하고, PBS 용액을 작동 챔버 및 상대 챔버에 충진하였다. 도 4는 인산완충식염수(PBS)에 서의 폴리전해질 참조전극의 전위편차를 보여주는 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 30 시간 이상의 기간동안, 전위가 15 mV와 18 mV의 사이에서 천천히 변화하였다. 대부분의 기존 Ag/AgCl 박막 전극의 수명이 연속 모드에서 수 시간임을 감안하면, 폴리전해질 참조전극의 장시간 안정성은 거시적 참조전극의 수명과 필적할만한 것이다. 30 시간이 지난 후, 실험을 중단하였는데, 그 이유는 측정의 정확성이 훨씬 긴 기간동안 보장되지는 못했기 때문이다. 측정하는 동안 전해질 농도의 어떠한 변화도 회피하기 위해, 작동 전극과 참조전극 요소들을 위한 PDMS 저장조를 파라 필름으로 덮었다. 그러나, 완전한 밀봉이 불가능하기 때문에 물의 순차적 증발은 피할 수 없는 것이었다. 거시적 참조전극의 전극 전위는 KCl의 유출과 내부용액으로부터의 AgCl의 유출에 의해 변화하였다.To test long term stability, 1 M KCl solution was charged to the reference chamber, and the PBS solution was charged to the working chamber and the counter chamber. 4 is a graph showing the potential deviation of the polyelectrolyte reference electrode in phosphate buffered saline (PBS). As shown in FIG. 4, over a period of 30 hours or more, the potential slowly changed between 15 mV and 18 mV. Given that the lifetime of most conventional Ag / AgCl thin film electrodes is several hours in continuous mode, the long-term stability of the polyelectrolyte reference electrode is comparable to that of the macroscopic reference electrode. After 30 hours, the experiment was discontinued because the accuracy of the measurement was not guaranteed for a much longer period of time. To avoid any change in electrolyte concentration during the measurement, the PDMS reservoirs for the working electrode and reference electrode elements were covered with para film. However, sequential evaporation of water was unavoidable because complete sealing was not possible. The electrode potential of the macroscopic reference electrode was changed by the outflow of KCl and the outflow of AgCl from the internal solution.
4.4 선형 스윕 볼타메트리 응용4.4 Linear Swept Voltametry Applications
박층 셀은, 높은 정확도를 갖기 때문에, 분석물질의 총량을 정량화하는 벌크 전기분해를 위한 선호되는 시스템이다. 이것은 박층 셀이 유량 주입 시스템에서 광범위하게 사용되어온 이유이다. 더 나아가, 상기 박층 시스템은 전통적 시스템이 제공할 수 없는 많은 정보(예를 들면, 속도 상수)를 제공할 수 있다. 박층 셀은 통상 2-100 μm 두께의 용액을 상기 전극표면에 갖는다. 최근의 미세제작기술은 정교한 장치 없이도 단위부피당 높은 면적을 성취하는 이점을 갖는다. 용액 두께가 수백 마이크로미터 이상일 경우, 전류-전위 곡선은 이상적 확산제어시스템에서 비대칭이고, 피크 전류는 스캔 속도의 제곱근에 비례한다. 산화피크와 환원피크 사이의 전위차는 전자 하나의 반응에 대해서 약 60 mV이다. 용액 두께가 수십 나노미터 이 하로 줄어듬에 따라, 산화 및 환원에 대한 볼타메트리 커브는 축방향이고, 피크 전류는 스캔속도에 선형적으로 비례한다[18]. 측방향 확산(lateral diffusion)은 볼타모그람(voltammogram)의 굽은 형태를 야기한다. 그러므로, 마이크로칩 상에서의 박막 시스템은 상기 셀이 측방향 확산이 없도록 고안되어야 한다.Thin layer cells, because of their high accuracy, are the preferred system for bulk electrolysis to quantify the total amount of analyte. This is why thin layer cells have been used extensively in flow injection systems. Furthermore, the thin layer system can provide a lot of information (eg, rate constants) that traditional systems cannot provide. Thin layer cells typically have a solution of 2-100 μm thickness on the electrode surface. Recent microfabrication techniques have the advantage of achieving a high area per unit volume without sophisticated equipment. If the solution thickness is more than a few hundred micrometers, the current-potential curve is asymmetric in an ideal diffusion control system, and the peak current is proportional to the square root of the scan rate. The potential difference between the oxide peak and the reduced peak is about 60 mV for one electron reaction. As the solution thickness is reduced to tens of nanometers or less, the voltammetry curves for oxidation and reduction are axial, and the peak current is linearly proportional to the scan rate [18]. Lateral diffusion causes the curved form of the voltammogram. Therefore, thin film systems on microchips should be designed such that the cell is free of lateral diffusion.
폴리전해질 참조전극을 갖는 전기화학셀을 제작하고, 10 mM Fe(CN)6 3-를 하유하는 PBS 용액에서 테스트하였다. 도 5는 작동 전극으로부터 두개의 다른 높이를 갖는 순환 볼타모그람을 보여준다. 챔버 높이(h)가 35 μm일 때의 순환 볼타모그람을 보여주는 점선 커브(dotted curve)는 비대칭이고, 챔버의 ΔE는 37 mV이었다. 반면에, 높이가 10 μm인 실선 커브는 박층 셀의 전형적 결과이고, ΔE는 단지 4 mV이었다. 이 결과는 전해질 층의 두께가 박층 셀에서의 볼타메트리 거동에 결정적임을 보여준다. 도 6은, 10 μm 높이를 갖는 셀에서, 피크 전류가 스캔 속도에 선형적으로 비례함을 증명한다.An electrochemical cell with a polyelectrolyte reference electrode was prepared and tested in a PBS solution containing 10 mM Fe (CN) 6 3- . 5 shows a circulating voltammogram having two different heights from the working electrode. The dotted curve showing the circulating voltammogram when the chamber height h was 35 μm was asymmetric and the ΔE of the chamber was 37 mV. On the other hand, a solid curve with a height of 10 μm is a typical result of thin cell, and ΔE was only 4 mV. This result shows that the thickness of the electrolyte layer is critical for the voltametry behavior in the thin layer cell. 6 demonstrates that in a cell with a 10 μm height, the peak current is linearly proportional to the scan rate.
현재까지, 정확한 참조 전극이 간단하게 집적되지는 못하였는데, 그 이유는 기존의 소형화된 참조전극이 아직 너무 크고 복잡하여 미세유동 시스템에 접합하여 제작되지는 못하였기 때문이다. 새로운 폴리전해질 염다리와 더불어, 박층 셀이 상대적으로 단순한 공정(단수 두 단계의 포토리소그라피)을 통해 제작되고, 실용적 디자인이 다성분 미세유동 시스템에 적용될 수 있었다.To date, accurate reference electrodes have not been integrated simply because existing miniaturized reference electrodes are still so large and complex that they cannot be fabricated in microfluidic systems. In addition to the new polyelectrolyte salt bridges, thin layer cells were fabricated through a relatively simple process (single-stage photolithography), and a practical design could be applied to multicomponent microfluidic systems.
4.5 차등 펄스 볼타메트리 응용4.5 Differential Pulse Voltametry Applications
충전 전류가 배제되고 패러데이 전류가 감응도를 지배하기 때문에, 차등 펄 스 볼타메트리(DPV)는 유기 및 무기 분자의 미세분석에 유용한 도구이다. DPV가 환경, 생물학적 연구[19-22] 및 식품[23] 분야에 광범위하게 사용되어 왔기 때문에, 다양한 전극물질에 기초한 다양한 소형화된 센서가 테스트되어 왔다. 그러나, 대부분의 경우, 이들 신규 센서들은 거시적 참조전극을 가지고 벌크 용액에서 테스트되었다. 아주 몇몇 참고문헌만이 DPV를 마이크로칩에 기초한 전기화학적 셀에 사용하였다[24].Differential pulse voltammetry (DPV) is a useful tool for the microanalysis of organic and inorganic molecules, since charge currents are excluded and Faraday currents dominate sensitivity. Since DPV has been widely used in the environmental, biological research [19-22] and food [23] fields, various miniaturized sensors based on various electrode materials have been tested. In most cases, however, these new sensors were tested in bulk solution with macroscopic reference electrodes. Only a few references have used DPV in microchip based electrochemical cells [24].
PBS 완충액에서 5 마이크로미터의 도파민이 DPV에 의해 명백하게 검출되었다. 보정곡선은 5 - 50 μM의 영역에서 선형적이었고, 3회의 백그라운드 신호의 표준편차에 기초할 때, 검출한도는 2 μM인 것으로 계산되었다(도 7). 폴리전해질 염다리를 포함하는 참조전극 시스템의 저항이 40 kΩ에서 평평하였기 때문에, 전위 펄스가 현저한 오류없이 작동 전극에 안정하게 인가될 수 있을 것으로 생각되어진다.5 micrometers of dopamine in PBS buffer was clearly detected by DPV. The calibration curve was linear in the region of 5-50 μM and the detection limit was calculated to be 2 μM based on the standard deviation of three background signals (FIG. 7). Since the resistance of the reference electrode system including the polyelectrolyte salt bridge was flat at 40 kΩ, it is believed that the potential pulse can be stably applied to the working electrode without significant error.
폴리전해질 염다리가 미세제작된 전기화학셀에 이온 전류 경로 및 염다리용 확산 장벽으로서 도입되었다. 폴리전해질 염다리는 전통적 염다리처럼 잘 작동하였고, 감응시간의 지연을 거의 나타내지 아니하였다. 마이크로칩 내에 제작된 삼전극 전기화학셀에서, 폴리전해질 염다리, 바람직하게는 pDADMAC 하이드로겔은, 염소이온의 이동통로를 제공하면서, 분석용액을 참조 챔버의 내부용액으로부터 분리시켰다. 이것은 전위간섭 음이온에 의한 오염을 배제하였고, 의사 참조전극과 비교할 때, 염소이온농도에 대한 의존성을 현저히 억제하였다. 참조전극의 수명이 개선되 었으며, 연속적으로 사용하더라도, 30시간이 경과한 후에도 전극 전위가 안정하였다.Polyelectrolyte salt bridges have been introduced into microfabricated electrochemical cells as ion current paths and diffusion barriers for salt bridges. Polyelectrolyte salt bridges worked as well as traditional salt bridges and showed little delay in response time. In a three-electrode electrochemical cell fabricated in a microchip, a polyelectrolyte salt bridge, preferably a pDADMAC hydrogel, separated the analyte from the internal solution of the reference chamber while providing a passage for the chloride ion. This eliminated contamination by potential interference anions and significantly suppressed the dependence on chlorine ion concentration as compared to the pseudo reference electrode. The life of the reference electrode was improved, and even after continuous use, the electrode potential was stable even after 30 hours.
삼전극이 집적된 소형 박층 셀의 전기화학적 특성은 순환 볼타메트리에 의해 증명되었다. 차등 펄스 볼타메트리(DPV)가 전기화학셀에 적용되었고, 수 마이크로미터의도파민이 성공적으로 검출되었다. 폴리전해질 참조전극은 작동원리와 용량의 측면에서, 거시적 참조전극과 유사하다. 그러므로, 본 발명에 따른 소형 전기화학셀을 채용함에 의해, 대부분의 전기화학적 기술이 수행될 수 있다.The electrochemical characterization of small thin-layer cells incorporating triodes has been demonstrated by cyclic voltammetry. Differential pulse voltammetry (DPV) was applied to the electrochemical cell and several micrometers of dopamine were successfully detected. The polyelectrolyte reference electrode is similar to the macroscopic reference electrode in terms of operation principle and capacitance. Therefore, by employing the small electrochemical cell according to the present invention, most electrochemical techniques can be performed.
폴리전해질 참조전극의 향상된 성능 뿐만 아니라, 다른 중요한 장점은 단순한 제작 공정, 다시 말해 두단계의 리소그라피에 의해 폴리전해질 참조전극이 제작될 수 있다는 것이다. 이들의 실용적 디자인에 의해, 폴리전해질 참조전극을 포함하는 마이크로칩은 전기화학적 분석기의 소형화를 위해, 마이크로펌프, 밸브 및 유동 센서 등과 같은 유동 성분(fludic component)들과 결합하여 사용될 수 있다.In addition to the improved performance of the polyelectrolyte reference electrode, another important advantage is that the polyelectrolyte reference electrode can be manufactured by a simple manufacturing process, that is, two-stage lithography. By virtue of their practical design, microchips comprising polyelectrolyte reference electrodes can be used in combination with fluid components such as micropumps, valves and flow sensors for miniaturization of electrochemical analyzers.
이상에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변경, 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments, it is conventional in the art that various changes, modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the appended claims. Anyone who knows the knowledge of is easy to know.
- 참고문헌 -- references -
[1] D.T. Sawyer, A. Sobkowiak, J.L. Roberts Jr., Electrochemistry for Chemists, second ed., Wiley, New York, 1995, p. 184.[1] D.T. Sawyer, A. Sobkowiak, J.L. Roberts Jr., Electrochemistry for Chemists, second ed., Wiley, New York, 1995, p. 184.
[2] H. Suzuki, A. Hiratsuka, S. Sasaki, I. Karube, Problems associated with the thin-film Ag/AgCl reference electrode and a novel structure with improved durability, Sens. Actuators B 46 (1998) 104-113.[2] H. Suzuki, A. Hiratsuka, S. Sasaki, I. Karube, Problems associated with the thin-film Ag / AgCl reference electrode and a novel structure with improved durability, Sens. Actuators B 46 (1998) 104-113.
[3] H. Suzuki, T. Hirakawa, S. Sasaki, I. Karube, Micromachined liquid-junction Ag/AgCl reference electrode, Sens. Actuators B 46 (1998) 146-154.[3] H. Suzuki, T. Hirakawa, S. Sasaki, I. Karube, Micromachined liquid-junction Ag / AgCl reference electrode, Sens. Actuators B 46 (1998) 146-154.
[4] H. Suzuki, H. Shiroishi, Microfabricated liquid junction Ag/AgCl reference electrode and its application to a one-chip potentiometric sensor, Anal. Chem. 71 (1999) 5069-5075.[4] H. Suzuki, H. Shiroishi, Microfabricated liquid junction Ag / AgCl reference electrode and its application to a one-chip potentiometric sensor, Anal. Chem. 71 (1999) 5069-5075.
[5] H. Suzuki, T. Hirakawa, S. Sasaki, I. Karube, An integrated three-electrode system with a micromachined liquid-junction Ag/AgCl reference electrode, Anal. Chim. Acta 387 (1999) 103-112.[5] H. Suzuki, T. Hirakawa, S. Sasaki, I. Karube, An integrated three-electrode system with a micromachined liquid-junction Ag / AgCl reference electrode, Anal. Chim. Acta 387 (1999) 103-112.
[6] A. Hiratsuka, K. Kojima, H. Suzuki, H. Muguruma, K. Ikebukuro, I. Karube, Integration of microfabricated needle-type glucose sensor devices with a novel thin-film Ag/AgCl electrode and plasma-polymerized thin film: mass production techniques, Analyst 126 (2001) 658-663.[6] A. Hiratsuka, K. Kojima, H. Suzuki, H. Muguruma, K. Ikebukuro, I. Karube, Integration of microfabricated needle-type glucose sensor devices with a novel thin-film Ag / AgCl electrode and plasma-polymerized thin film: mass production techniques, Analyst 126 (2001) 658-663.
[7] M. Ciobanu, J.P. Wilburn, N.I. Buss, P. Ditavong, D.A. Lowy, Miniaturized reference electrodes based on Ag/AgiX internal reference elements. I. Manufacturing and performance, Electroanalysis 14 (2002) 989-997.[7] M. Ciobanu, J.P. Wilburn, N.I. Buss, P. Ditavong, D.A. Lowy, Miniaturized reference electrodes based on Ag / AgiX internal reference elements. I. Manufacturing and performance, Electroanalysis 14 (2002) 989-997.
[8] M. Ciobanu, J.P. Wilburn, D.A. Lowy, Miniaturized reference electrodes. II. Use in corrosive, biological, and organic media, Electroanalysis 16 (2004) 1351-1358.[8] M. Ciobanu, J.P. Wilburn, D. A. Lowy, Miniaturized reference electrodes. II. Use in corrosive, biological, and organic media, Electroanalysis 16 (2004) 1351-1358.
[9] J.P. Wilburn, M. Ciobanu, D.A. Lowy, Characterization of acrylic hydrogels by open circuit potential monitoring, J. Appl. Electrochem. 34 (2004) 729-734.[9] J.P. Wilburn, M. Ciobanu, D. A. Lowy, Characterization of acrylic hydrogels by open circuit potential monitoring, J. Appl. Electrochem. 34 (2004) 729-734.
[10] A. Simonis, H. Luth, J. Wang, M.J. Schoning, New concepts of miniaturised reference electrodes in silicon technology for potentiometric sensor systems, Sens. Actuators B 103 (2004) 429-435.[10] A. Simonis, H. Luth, J. Wang, M.J. Schoning, New concepts of miniaturized reference electrodes in silicon technology for potentiometric sensor systems, Sens. Actuators B 103 (2004) 429-435.
[11] E. Tomlinson, A.P. Rolland, Controllable gene therapy: pharmaceutics of non-viral gene delivery systems, J. Control. Rel. 39 (1996) 357-372.[11] E. Tomlinson, A.P. Rolland, Controllable gene therapy: pharmaceutics of non-viral gene delivery systems, J. Control. Rel. 39 (1996) 357-372.
[12] H. Chun, T.D. Chung, H.C. Kim, Cytometry and velocimetry on a microfluidic chip using polyelectrolytic salt bridges, Anal. Chem. 77 (2005) 2490-2495.[12] H. Chun, T.D. Chung, H.C. Kim, Cytometry and velocimetry on a microfluidic chip using polyelectrolytic salt bridges, Anal. Chem. 77 (2005) 2490-2495.
[13] R. Jing, Z. Yanqun, L. Jiuqiang, H. Hongfei, Radiation synthesis and characteristic of IPN hydrogels composed of poly(diallyldimethylammonium chloride) and Kappa-Carrageenan, Rad. Phys. Chem. 62 (2001) 277-281.[13] R. Jing, Z. Yanqun, L. Jiuqiang, H. Hongfei, Radiation synthesis and characteristic of IPN hydrogels composed of poly (diallyldimethylammonium chloride) and Kappa-Carrageenan, Rad. Phys. Chem. 62 (2001) 277-281.
[14] D.J. Beebe, J.S. Moore, Q. Yu, R.H. Liu, M.L. Kraft, B.H. Jo, C. Devadoss, Microfluidic tectonics: a comprehensive construction platform for microfluidic systems, PNAS 97 (2000) 13488-13493.[14] D.J. Beebe, J.S. Moore, Q. Yu, R. H. Liu, M.L. Kraft, B. H. Jo, C. Devadoss, Microfluidic tectonics: a comprehensive construction platform for microfluidic systems, PNAS 97 (2000) 13488-13493.
[15] A.W. Hassel, K. Fushimi, M. Seo, An agar-based silver|silver chloride reference electrode for use in microelectrochemistry, Elelctrochem. Comm. 1 (1999) 180-183.[15] A.W. Hassel, K. Fushimi, M. Seo, An agar-based silver | silver chloride reference electrode for use in microelectrochemistry, Elelctrochem. Comm. 1 (1999) 180-183.
[16] S.I. Park, S.B. Jun, S. Park, H.C. Kim, S.J. Kim, Application of a new Cl-plasma-treated Ag/AgCl reference electrode to micromachined glucose sensor, IEEE Sens. J. 3 (2003) 267-273.[16] S.I. Park, S.B. Jun, S. Park, H.C. Kim, S.J. Kim, Application of a new Cl-plasma-treated Ag / AgCl reference electrode to micromachined glucose sensor, IEEE Sens. J. 3 (2003) 267-273.
[17] M.D. Miller, M.L. Bruening, Controlling the nanofiltration properties of multilayer polyelectrolyte membranes through variation of film composition, Langmuir 20 (2004) 11545-11551.[17] M.D. Miller, M.L. Bruening, Controlling the nanofiltration properties of multilayer polyelectrolyte membranes through variation of film composition, Langmuir 20 (2004) 11545-11551.
[18] A.J. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemical Methods; Fundamentals and Applications, second ed., Wiley, New York, 1944, p. 452.[18] A.J. Bard, L.R. Faulkner, Electrochemical Methods; Fundamentals and Applications, second ed., Wiley, New York, 1944, p. 452.
[19] F. Zhang, L. Yang, S. Bi, J. Liu, F. Liu, X. Wang, X. Yang, N. Gan, T. Yu, J. Hu, H. Li, T. Yang, Neurotransmitter dopamine applied in electrochemical determination of aluminum in drinking waters and biological samples, J. Inorg. Biochem. 87 (2001) 105-113.[19] F. Zhang, L. Yang, S. Bi, J. Liu, F. Liu, X. Wang, X. Yang, N. Gan, T. Yu, J. Hu, H. Li, T. Yang , Neurotransmitter dopamine applied in electrochemical determination of aluminum in drinking waters and biological samples, J. Inorg. Biochem. 87 (2001) 105-113.
[20] H.C. Huang, C.I. Lin, A.K. Joseph, Y.D. Lee, Photo-lithographically impregnated and molecularly imprinted polymer thin film for biosensor applications, J. Chromatogr. A 1027 (2004) 263-268.[20] H.C. Huang, C.I. Lin, A.K. Joseph, Y.D. Lee, Photo-lithographically impregnated and molecularly imprinted polymer thin film for biosensor applications, J. Chromatogr. A 1027 (2004) 263-268.
[21] Q. Bin, W. Wei, Y. Chi, G. Chen, Electrochemical behaviors of diethylstilbestrol and its application in pharmacokinetics, Anal. Biochem. 336 (2005) 196-201.[21] Q. Bin, W. Wei, Y. Chi, G. Chen, Electrochemical behaviors of diethylstilbestrol and its application in pharmacokinetics, Anal. Biochem. 336 (2005) 196-201.
[22] P. Kara, B. Meric, A. Zeytinoglu, M. Ozsoz, Electrochemical DNA biosensor for the detection and discrimination of herpes simplex Type I and Type II viruses from PCR amplified real samples, Anal. Chim. Acta 518 (2004) 69-76.[22] P. Kara, B. Meric, A. Zeytinoglu, M. Ozsoz, Electrochemical DNA biosensor for the detection and discrimination of herpes simplex Type I and Type II viruses from PCR amplified real samples, Anal. Chim. Acta 518 (2004) 69-76.
[23] W.A. Collier, D.B. Baird, Z.A. Park, N. More, A.L. Hart, Discrimination among milks and cultured dairy products using screen-printed electrochemical arrays and an electronic nose, Sens. Actuators B 92 (2003) 232-239.[23] W.A. Collier, D.B. Baird, Z.A. Park, N. More, A.L. Hart, Discrimination among milks and cultured dairy products using screen-printed electrochemical arrays and an electronic nose, Sens. Actuators B 92 (2003) 232-239.
[24] M. Stiene, U. Bilitewski, Electrochemical characterization of screenprinted carbonaceous electrodes for the determination of peroxidase activity in novel screen-printed flow-through modules, Anal. Bioanal. Chem. 372 (2002) 240-247.[24] M. Stiene, U. Bilitewski, Electrochemical characterization of screenprinted carbonaceous electrodes for the determination of peroxidase activity in novel screen-printed flow-through modules, Anal. Bioanal. Chem. 372 (2002) 240-247.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060018790A KR100700713B1 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Miniaturized Electrochemical System Incorporating Novel Polyelectrolyte Reference Electrode and Its Application to Thin Layer Electroanalysis |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060018790A KR100700713B1 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Miniaturized Electrochemical System Incorporating Novel Polyelectrolyte Reference Electrode and Its Application to Thin Layer Electroanalysis |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100700713B1 true KR100700713B1 (en) | 2007-03-28 |
Family
ID=41564942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060018790A Expired - Fee Related KR100700713B1 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Miniaturized Electrochemical System Incorporating Novel Polyelectrolyte Reference Electrode and Its Application to Thin Layer Electroanalysis |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100700713B1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100807852B1 (en) | 2007-02-08 | 2008-02-26 | 한국표준과학연구원 | Electroporation microfluidic chip with polyelectrolyte salt bridge |
KR100814477B1 (en) | 2007-02-08 | 2008-03-17 | 주식회사 노마디엔 | Low Voltage Electroporation on Microfluidic Chips with Polyelectrolyte Salt Bridges |
WO2013062322A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-02 | 주식회사 세라젬메디시스 | Biosensor and method for manufacturing same |
CN104267075A (en) * | 2014-09-15 | 2015-01-07 | 上海交通大学 | Self-heating micro-channel bridge-type nano-electrode sensor and preparation method thereof |
KR20190012073A (en) * | 2017-07-26 | 2019-02-08 | 한국과학기술연구원 | Electrode system and bio sensor including thereof |
KR20230032835A (en) * | 2021-08-30 | 2023-03-07 | 서울대학교산학협력단 | Thin layer type electrochemical system including salt bridge and electrochemical analysis method using the same |
WO2024027668A1 (en) * | 2022-07-31 | 2024-02-08 | 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 | Sample test card |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6120852A (en) | 1984-07-09 | 1986-01-29 | Horiba Ltd | Solid salt bridge and instrument for measuring concentration of ion |
JPH06281617A (en) * | 1993-03-29 | 1994-10-07 | Fujitsu Ltd | Small glass electrode and its manufacturing method |
US20030085126A1 (en) | 1996-06-28 | 2003-05-08 | Caliper Technologies Corp. | Electropipettor and compensation means for electrophoretic bias |
KR100581356B1 (en) | 2004-11-25 | 2006-05-17 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Microchips using polyelectrolyte salt bridges for use in cytometry, bilometry and cell sorting |
-
2006
- 2006-02-27 KR KR1020060018790A patent/KR100700713B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6120852A (en) | 1984-07-09 | 1986-01-29 | Horiba Ltd | Solid salt bridge and instrument for measuring concentration of ion |
JPH06281617A (en) * | 1993-03-29 | 1994-10-07 | Fujitsu Ltd | Small glass electrode and its manufacturing method |
US20030085126A1 (en) | 1996-06-28 | 2003-05-08 | Caliper Technologies Corp. | Electropipettor and compensation means for electrophoretic bias |
KR100581356B1 (en) | 2004-11-25 | 2006-05-17 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Microchips using polyelectrolyte salt bridges for use in cytometry, bilometry and cell sorting |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100807852B1 (en) | 2007-02-08 | 2008-02-26 | 한국표준과학연구원 | Electroporation microfluidic chip with polyelectrolyte salt bridge |
KR100814477B1 (en) | 2007-02-08 | 2008-03-17 | 주식회사 노마디엔 | Low Voltage Electroporation on Microfluidic Chips with Polyelectrolyte Salt Bridges |
WO2013062322A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-02 | 주식회사 세라젬메디시스 | Biosensor and method for manufacturing same |
CN104267075A (en) * | 2014-09-15 | 2015-01-07 | 上海交通大学 | Self-heating micro-channel bridge-type nano-electrode sensor and preparation method thereof |
KR20190012073A (en) * | 2017-07-26 | 2019-02-08 | 한국과학기술연구원 | Electrode system and bio sensor including thereof |
KR102044840B1 (en) * | 2017-07-26 | 2019-11-14 | 한국과학기술연구원 | Electrode system and bio sensor including thereof |
KR20230032835A (en) * | 2021-08-30 | 2023-03-07 | 서울대학교산학협력단 | Thin layer type electrochemical system including salt bridge and electrochemical analysis method using the same |
KR102740533B1 (en) * | 2021-08-30 | 2024-12-11 | 서울대학교산학협력단 | Thin layer type electrochemical system including salt bridge and electrochemical analysis method using the same |
WO2024027668A1 (en) * | 2022-07-31 | 2024-02-08 | 深圳市理邦精密仪器股份有限公司 | Sample test card |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100700713B1 (en) | Miniaturized Electrochemical System Incorporating Novel Polyelectrolyte Reference Electrode and Its Application to Thin Layer Electroanalysis | |
Luo et al. | A low temperature co-fired ceramic based microfluidic Clark-type oxygen sensor for real-time oxygen sensing | |
Lindner et al. | Reference electrodes with ionic liquid salt bridge: when will these innovative novel reference electrodes gain broad acceptance? | |
Suzuki et al. | Microfabricated liquid junction Ag/AgCl reference electrode and its application to a one-chip potentiometric sensor | |
US5514253A (en) | Method of measuring gas concentrations and microfabricated sensing device for practicing same | |
Suzuki et al. | An integrated three-electrode system with a micromachined liquid-junction Ag/AgCl reference electrode | |
US8535499B2 (en) | Microfabricated liquid-junction reference electrode | |
Herzog | Recent developments in electrochemistry at the interface between two immiscible electrolyte solutions for ion sensing | |
Ordeig et al. | On-chip electric field driven electrochemical detection using a poly (dimethylsiloxane) microchannel with gold microband electrodes | |
Farzbod et al. | Integration of reconfigurable potentiometric electrochemical sensors into a digital microfluidic platform | |
EP3054290B1 (en) | Ion-selective electrode | |
Kim et al. | A miniaturized electrochemical system with a novel polyelectrolyte reference electrode and its application to thin layer electroanalysis | |
JPH0633063U (en) | Graphite-based solid polymer membrane ion-selective electrode | |
Zdrachek et al. | Electrochemically switchable polymeric membrane ion-selective electrodes | |
Bartoszewicz et al. | Calibration free solid contact electrodes with two PVC based membranes | |
Noh et al. | Nanoporous platinum solid-state reference electrode with layer-by-layer polyelectrolyte junction for pH sensing chip | |
Han et al. | Development of multi-well-based electrochemical dissolved oxygen sensor array | |
Wu et al. | A microfluidic ion sensor array | |
Sheppard et al. | Voltammetric determination of diffusion coefficients in polymer membranes | |
EP2100132B1 (en) | Reference electrode for electroanalytical measurements, in particular for potentiometric measurements | |
Izadyar | Stripping voltammetry at the interface between two immiscible electrolyte solutions: A review paper | |
CA2150017C (en) | Reference electrode | |
Dong et al. | Spontaneous mesoporosity-driven sequestration of ionic liquids from silicone-based reference electrode membranes | |
Yamada et al. | All‐solid‐state Fluoride Ion‐selective Electrode using LaF3 Single Crystal with Poly (3, 4‐ethylenedioxythiophene) as Solid Contact Layer | |
DK159861B (en) | Reference electrode with inactive polymer membrane and method of production of the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
PA0109 | Patent application |
St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109 |
|
PA0201 | Request for examination |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201 |
|
P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
P11-X000 | Amendment of application requested |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000 |
|
P13-X000 | Application amended |
St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000 |
|
D13-X000 | Search requested |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D13-srh-X000 |
|
D14-X000 | Search report completed |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D14-srh-X000 |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701 |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Fee payment year number: 1 St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002 |
|
PG1601 | Publication of registration |
St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Fee payment year number: 4 St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Fee payment year number: 5 St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120131 Year of fee payment: 6 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Fee payment year number: 6 St.27 status event code: A-4-4-U10-U11-oth-PR1001 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |
Not in force date: 20130322 Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903 |
|
R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
PC1903 | Unpaid annual fee |
Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE Not in force date: 20130322 St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903 |
|
P22-X000 | Classification modified |
St.27 status event code: A-4-4-P10-P22-nap-X000 |
|
PN2301 | Change of applicant |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301 St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301 |
|
R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |
|
R18-X000 | Changes to party contact information recorded |
St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000 |