KR101440542B1 - Biosensor using conductive graphene and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전도성 그라핀(graphene)을 이용한 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학작용기를 이용하여 제조된 전도성 그라핀 또는 상기 전도성 그라핀을 기질상에 높은 표면 밀도를 가지도록 반복 적층시킨 전도성 그라핀 필름에 표적 바이오물질과 선택적으로 결합하는 바이오 리셉터가 부착되어 있는 전도성 그라핀을 이용하는 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor using a conductive graphene and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a biosensor using a conductive graphene and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a biosensor using a conductive graphene having a biosensor that selectively binds to a target biomolecule, and a method for manufacturing the biosensor.
본 발명에 따른 전도성 그라핀 바이오센서는 표면적이 넓고, 전기전도도 성질이 우수하여 DNA와 같은 생물분자의 고정화 양을 높일 수 있고, 생물분자에 대한 검출 민감도를 증대시키는 것이 가능하다. 또한, 다양한 표적 바이오분자들을 직접 검출하거나, 전기화학적 신호를 측정함으로써, 바이오 물질과 바이오 리셉터의 반응을 정확히 한번에 대량으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 소량의 원료(source)만으로도 정확한 측정치를 얻을 수 있는 검출법을 도입하는 것이 가능하다.The conductive graphene biosensor according to the present invention has a wide surface area and is excellent in electric conductivity, so that the amount of immobilized biomolecules such as DNA can be increased and the detection sensitivity to biomolecules can be increased. In addition, by directly detecting various target biomolecules or measuring electrochemical signals, it is possible not only to detect a reaction between a biomolecule and a bioreceptor in a large amount at a time, but also to obtain an accurate measurement value with only a small amount of a source It is possible to introduce a detection method.
그라핀, 흑연, 바이오센서, 검출방법, 전도성, 전기화학 Graphene, graphite, biosensor, detection method, conductive, electrochemical
Description
본 발명은 전도성 그라핀(graphene)을 이용한 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학작용기를 이용하여 제조된 전도성 그라핀 또는 상기 전도성 그라핀을 기질상에 높은 표면 밀도를 가지도록 반복 적층시킨 전도성 그라핀 필름에 표적 바이오물질과 선택적으로 결합하는 바이오 리셉터가 부착되어 있는 전도성 그라핀을 이용하는 바이오센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biosensor using a conductive graphene and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a biosensor using a conductive graphene and a method of manufacturing the same. The present invention relates to a biosensor using a conductive graphene having a biosensor that selectively binds to a target biomolecule, and a method for manufacturing the biosensor.
그라핀(graphene)은 탄소원자 한 층으로 만들어진 벌집구조의 2차원 박막을 말한다. 탄소원자는 sp2 혼성궤도에 의해 화학 결합하면 이차원으로 퍼진 탄소 육각망면을 형성한다. 이 평면 구조를 가지는 탄소 원자의 집합체가 그라핀인데, 그 두께가 단지 탄소 원자 한개에 불과한 0.3nm로서, 2004년 영국 Manchester University의 Novoselov와 Geim에 의해 처음으로 발견되었다(Novoselor K et al ., Science, 306:666, 2004). 특히, 그라핀은 강도와 전도도를 포함하는 대부분의 특성이 탄소나노튜브와 유사하나, 시트형태로 회로와 같이 실리콘 웨이퍼상에서 에칭을 할 수 있으며, 하나의 시트로부터 회로를 형성하는 것이 탄소나노튜브의 조각들로부터 회로를 형성하는 것보다 쉽게 형성할 수 있다고 알려져 있다(Berger et al ., Science , 312:1191, 2006). A graphene is a two-dimensional thin film of a honeycomb structure made of one layer of carbon atoms. The carbon atoms are sp 2 When chemically bonded by a hybrid orbit, a hexagonal carbon hexagonal surface is formed which is spread in two dimensions. The aggregate of carbon atoms with this planar structure is graphene, first found by Novoselov and Geim of Manchester University in England, 2004, with a thickness of only 0.3 nm, just one carbon atom (Novoselor K et al ., Science , 306: 666, 2004). In particular, graphene is similar to carbon nanotubes in most of its properties, including strength and conductivity, but can be etched on a silicon wafer as a sheet in a sheet form, It is known that it can be formed more easily than forming a circuit from pieces (Berger et al ., Science , 312: 1191, 2006).
기존의 실리콘 기반 반도체 공정기술로는 30nm급 이하의 고집적도를 갖는 반도체소자를 제조할 수 없다. 이는 기판에 증착된 금이나 알루미늄과 같은 금속 원자층의 두께가 30nm 이하에서는 열역학적으로 불안정해서 금속원자들이 서로 엉겨붙어 균일한 박막을 얻을 수 없기 때문이며, 또한 실리콘에 도핑된 불순물의 농도가 이와 같은 나노 크기에서는 불균일해 지기 때문이다. 하지만, 그라핀은 이러한 실리콘 기반 반도체 소자기술의 집적도한계를 극복할 수 있는 가능성을 갖고 있다. Conventional silicon-based semiconductor processing technology can not manufacture semiconductor devices with a high degree of integration of 30 nm or less. This is because, when the thickness of the metal atom layer such as gold or aluminum deposited on the substrate is less than 30 nm, the metal atoms become unstable due to thermodynamic instability and a uniform thin film can not be obtained. Also, This is because the size becomes uneven. However, graphene has the potential to overcome the integration limitations of these silicon-based semiconductor device technologies.
또한, 그라핀은 그 특성이 금속성이면서도 그 두께가 전자차폐 두께(screening length) 에 해당하는 수 nm이하로 매우 얇아서, 게이트 전압에 따라 전하밀도가 바뀜으로 인해 전기저항이 변하는 특성을 가진다. 이를 이용해 금속트랜지스터를 구현할 수 있으며, 전하수송체의 모빌리티가 커서 고속 전자소자를 구현할 수 있고, 또한 게이트 전압의 극성에 따라 전하수송체의 전하를 전자에서 정공으로 변화시킬 수 있기 때문에 다양한 분야에서 응용될 것으로 기대된다. In addition, graphene is characterized in that its characteristic is metallic and its thickness is very thin, which is several nm or less, corresponding to the screening length, and the electric resistance changes due to the change of the charge density depending on the gate voltage. The metal transistor can be realized by this, and the mobility of the charge carrier can be increased to realize a high-speed electronic device. Further, since the charge of the charge carrier can be changed from electron to hole according to the polarity of the gate voltage, It is expected to be.
그 예로, 그라핀은 각종 장치의 전자방출원(electron emitter), VFD(vacuum fluorescent display), 백색광원, FED(field emission display), 리튬이온 2차전지전극, 수소저장 연료전지, 나노와이어, 나노캡슐, 나노 핀셋, AFM/STM 팁(tip), 단 전자 소자, 가스센서, 의공학용 미세부품, 고기능 복합체 등에서 무한한 응용 가능성을 보여주고 있다. 그라핀은 이처럼 역학적 견고성과 화학적 안정성이 뛰어나고, 반도체와 도체의 성질을 모두 가지며, 직경이 작고 길이가 긴 특성 때문에, 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 등의 소재로서 뛰어난 성질을 보이고, 나노 크기의 각종 전자소자로서의 응용성이 매우 크다.For example, graphene can be used as an electron emitter for various devices, a vacuum fluorescent display (VFD), a white light source, a field emission display (FED), a lithium ion secondary battery electrode, a hydrogen storage fuel cell, Capsules, nano-tweezers, AFM / STM tips, single electron devices, gas sensors, biomedical components, and high-performance complexes. Since graphene is excellent in mechanical durability and chemical stability, and has both semiconductor and conductor properties, and has a small diameter and a long length, it exhibits excellent properties as a material for a flat panel display device, a transistor, and an energy storage material. Is very useful as various electronic devices.
이와 같이 전술된 특성들을 다양하게 응용하기 위해 그라핀들을 잘게 자르기 시작했다. 이렇게 잘라진 그라핀들은 잘라진 단면(ends) 및 옆면(sidewall)의 일부에 주로 -COOH 화학 작용기를 가지게 된다. 이러한 화학적 작용기를 이용하여 다양한 물질들을 화학적으로 붙이기 시작하여 그라핀의 성질을 개질하기도 하였다 (Hashimoto et al ., Nature , 430:870, 2004). 더 나아가 화학적 기작에 의해 그라핀의 작용기를 -SH기로 치환한 후에 금 표면에 미세접촉 인쇄(micro contact printing) 기법을 이용하여 표면에 패턴화한 보고(Nan, X. et al ., J. Colloid Interface Sci ., 245: 311, 2002)와 정전기적 방법(electrostatic method)을 이용하여 그라핀을 표면에 다중막으로 고착시킨 보고가 있었다(Rouse, J.H. et al ., Nano Lett ., 3:59-62, 2003). 그러나, 전자는 그라핀의 표면 밀도가 낮고, 결합력이 약하다는 단점이 있으며, 후자는 선택적으로 표면에 고정하는 패터닝 방법을 적용할 수 없다는 치명적인 단점을 가지고 있다. 따라서 새로운 형태의 표면 고정법 개발이 절실히 요구되고 있다.In order to apply various of the above-mentioned characteristics, we began to cut the graphenes. These cut-out grapins have mainly -COOH chemical groups on the cut ends and sidewalls. These chemical functional groups have also been used to chemically bond various materials and modify the properties of the graphene (Hashimoto et al ., Nature , 430: 870, 2004). Further, it has been reported that the functional groups of graphene are replaced with -SH groups by a chemical mechanism and then patterned on the surface using a micro contact printing technique (Nan, X. et al ., J. Colloid Interface Sci . , 245: 311, 2002) and an electrostatic method to fix the graphene to the surface with multiple membranes (Rouse, JH et al ., Nano Lett . , 3: 59-62, 2003). However, the electron has a disadvantage that the surface density of the graphene is low and the bonding force is weak, and the latter has a fatal disadvantage that the patterning method of selectively fixing to the surface can not be applied. Therefore, it is urgently required to develop a new type of surface fixing method.
한편, 대부분의 질병은 유전자 수준이 아닌 단백질 수준에서 유발되기 때문에 현재까지 개발되었거나 개발 중에 있는 의약품의 95% 이상이 단백질을 타겟으로 하고 있다. 이에, 특정 단백질 및 리간드에 상호작용하는 생체분자의 기능을 밝히고, 단백질 기능 분석 및 네트워크 분석을 통하여 얻어진 자료를 바탕으로, 고전적인 방법으로는 불가능하였던, 질병에 대한 치료 및 예방법을 개발하는 연구에 필수적인 것이 효율적인 단백질-단백질 및 단백질-리간드 간의 반응 검출 기술이다. 그외에도 DNA-DNA hybridization을 이용한 검출기술이 병행되어 오고 있다.On the other hand, since most diseases are caused at the protein level rather than at the genetic level, more than 95% of the drugs that have been developed or under development are targeting proteins. In this study, we have developed biomolecules that interact with specific proteins and ligands, and have developed methods for the treatment and prevention of diseases, which were impossible with classical methods based on data obtained through protein function analysis and network analysis What is essential is an efficient protein-protein and protein-ligand-reaction detection technique. In addition, detection techniques using DNA-DNA hybridization have been performed in parallel.
지금까지 진행되어온 단백질-단백질 간의 반응 검출 기술은 단백질 칩 기술이며, 목적 단백질에 친화성 태그를 이용하여 생체분자의 배향성을 분자수준에서 조절하여, 균일하고 안정된 단백질의 단일층을 지지체 표면에 특이적으로 고정한 다음, 단백질-단백질 간의 상호작용을 분석하는 기술이라 할 수 있다(Hergenrother, P.J. et al ., JACS, 122:7849-7850, 2000; Vijayendran, R.J., A. et al ., Anal . Chem ., 73:471-480, 2001; Benjamin, T. et al ., Tibtech ., 20:279-281, 2002). 최근, 탄소나노튜브에 바이오물질을 고정한 다음, 탄소나노튜브의 전기화학적인 변화를 이용하여 단백질-단백질 및 단백질-리간드 간의 반응을 검출하는 연구가 진행되고 있다(Dai, H. et al ., ACC . Chem . Res ., 35:1035-44, 2002; Sotiropoulou, S. et al ., Anal . Bioanal . Chem ., 375:103-5, 2003; Erlanger, B.F. et al ., Nano Lett ., 1:465-7, 2001; Azamian, B.R. et al ., JACS, 124:12664-5, 2002). 단백질-리간드 반응으로써 대표적인 예로, 아비딘(avidin)-바이오틴(biotin) 반응을 들 수 있는데, Star 등은 고분자로 처리된 기질 위에 고분자 채널을 형성한 다음, 반도체소자에서 전기화학적인 방법을 통하여 스트렙트아비딘의 결합을 측정하였다(Star, A. et al ., Nano Lett ., 3:459-63, 2003).The technology for detecting the reaction between proteins and proteins has been developed so far, and it is a protein chip technology. The orientation of biomolecules is controlled at the molecular level by using an affinity tag to a target protein, and a single layer of uniform and stable protein is specifically And then analyzing protein-protein interactions (Hergenrother, PJ et < RTI ID = 0.0 > al ., JACS , 122: 7849-7850, 2000; Vijayendran, RJ, A. et al ., Anal . Chem . , ≪ / RTI > 73: 471-480, 2001; Benjamin, T. et al ., Tibtech . , ≪ / RTI > 20: 279-281, 2002). Recently, studies have been carried out to detect the reaction between protein-protein and protein-ligand by using electrochemical changes of carbon nanotubes after fixing biomaterials on carbon nanotubes (Dai, H. et al ., ACC . Chem . Res . , ≪ / RTI > 35: 1035-44, 2002; Sotiropoulou, S. et al ., Anal . Bioanal . Chem . , 375: 103-5, 2003; Erlanger, BF et al ., Nano Lett . , ≪ / RTI > 1: 465-7, 2001; Azamian, BR et al ., JACS , 124: 12664-5, 2002). A representative example of the protein-ligand reaction is an avidin-biotin reaction. Star et al. Form a polymer channel on a substrate treated with a polymer and then form a polymer channel on the substrate by an electrochemical method. Avidin was determined (Star, A. et al ., Nano Lett . , 3: 459-63, 2003).
또한, DNA-DNA 검출 기술은 DNA 칩 기술이며, 목적 DNA가 칩 표면에 결합되어 있는 리셉터 DNA와 수소결합되어 나타나는 신호를 검출하여 대상물질의 반응 유무를 검출하는 기술이라 할 수 있다. 고밀도의 탄소나노튜브 멀티레이어(multilayer)를 만들어 그 위에 DNA를 부착한 다음, 상보적으로 결합하는 DNA를 검출하는 방법은 게놈분석(genotyping), 돌연변이 검색(mutation detection), 병원성 균 진단(pathogen identification) 등에 유용하다. PNA(peptide nucleic acid: DNA 유사체)를 단일벽(single walled) 탄소나노튜브에 위치 특이적으로 고정하고, 목적 DNA와 상보적으로 결합하는 것을 검출한 보고가 있다(Williams, K.A. et al., Nature, 420:761, 2001). 또한, 전기화학적인 방법을 통해 올리고뉴클레오티드를 탄소나노튜브 어레이에 고정하고, 구아니딘 산화(guanidine oxidation) 방법을 통해 DNA를 검출한 예도 있다(Li, J. et al., Nano Lett., 3:597-602, 2003). 그러나 이것들은 비교적 전기전도도가 약하여 정확하게 분석하기 어려운 단점을 가진다.The DNA-DNA detection technology is a technology of DNA chip, which detects the presence or absence of reaction of a target substance by detecting a signal that appears when a target DNA is hydrogen bonded to a receptor DNA bound to a chip surface. Methods for detecting DNA complementarily bound to DNA by making a dense carbon nanotube multilayer include genotyping, mutation detection, pathogen identification (pathogen identification) ). There is a report that PNA (peptide nucleic acid) is locally and specifically bound to a single walled carbon nanotube and complementarily bound to a target DNA (Williams, KA et al., Nature , 420: 761, 2001). In addition, an oligonucleotide is immobilized on a carbon nanotube array through an electrochemical method and DNA is detected by a guanidine oxidation method (Li, J. et al., Nano Lett., 3: 597 -602, 2003). However, these have a disadvantage that they are relatively difficult to analyze accurately because of their relatively low electrical conductivity.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결과, 화학적 작용기를 이용하여 전도성 그라핀을 제조하고, 상기 제조된 전도성 그라핀을 기질상에 높은 표면밀도를 가지도록 반복하여 적층시켜 전도성 그라핀 필름을 제조한 다음, 상기 전도성 그라핀 또는 전도성 그라핀 필름에 표적 바이오물질과 선택적으로 결합하는 바이오 리셉터를 부착시킨 경우, 다양한 표적 바이오물질을 직접 또는 전기화학적 신호를 이용하여 정확히 한번에 대량으로 검출할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.As a result, the present inventors have made extensive efforts to improve the problems of the prior art. As a result, the present inventors have found that the conductive graphene is produced using a chemical functional group, and the conductive graphene is repeatedly laminated on the substrate to have a high surface density, When a graphene film is produced and then a biosensor that selectively binds to the target biomaterial is attached to the conductive graphene or conductive graphene film, a variety of target biomaterials can be directly or electrochemically And the present invention has been completed.
본 발명의 목적은 전기전도도가 우수한 전도성 그라핀 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a conductive graphene having excellent electrical conductivity and a method for producing the same.
본 발명의 다른 목적은 그라핀을 기질 상에 적층하여 전도성 그라핀 패턴을 형성방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for forming a conductive graphene pattern by laminating graphene on a substrate.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 표면밀도와 우수한 전기전도도를 가지는 그라핀 필름 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a graphene film having a high surface density and an excellent electrical conductivity and a method of manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 전도성 그라핀 또는 필름에 다양한 종류의 바이오 리셉터가 부착되어 있는 전도성 그라핀 바이오센서 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is still another object of the present invention to provide a conductive graphene biosensor having various types of biosensors attached to conductive graphene or a film and a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 카르복실기를 갖는 그라핀을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 그라핀의 카르복실기를 아미노기와 티올기를 동시에 가지는 화학물질의 아미노기와 결합시켜 티올기로 개질된 그라핀을 제조하는 단계를 포함하는 전도성 그라핀을 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조되고, 그라핀-(CONH-R1-S)r(여기서, r은 1 이상의 자연수이며, R1은 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기임)의 형태를 가지는 전도성 그라핀을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing a graphene comprising: (a) preparing graphene having a carboxyl group; And (b) combining the carboxyl group of the graphene with an amino group of a chemical substance having an amino group and a thiol group at the same time to prepare a graphene modified with a thiol group, and a method for producing the conductive graphene , And a graphene- (CONH-R 1 -S) r wherein r is a natural number of 1 or more and R 1 is a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon or an aromatic organic group.
본 발명은 또한, (a) 표면에 티올기가 노출된 기질을 제조하는 단계; (b) 상기 기질 표면의 티올기에 상기 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 적층시키는 단계; 및 (c) 상기 기질에 부착된 전도성 그라핀에 상기 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 적층시키는 단계를 포함하는 전도성 그라핀 패턴을 형성하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for preparing a substrate, comprising: (a) preparing a substrate having a thiol group exposed on its surface; (b) laminating the conductive graphene by bonding the conductive graphene to a thiol group on the surface of the substrate; And (c) bonding the conductive graphene to the conductive graphene attached to the substrate to form a conductive graphene pattern.
본 발명은 또한, (a) 표면에 티올기가 노출된 기질을 제공하는 단계; (b) 상기 기질 표면의 티올기에 상기 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 적층시키는 단계; (c) 상기 기질에 부착된 전도성 그라핀에 상기 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 적층시키는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 반복하여 전도성 그라핀의 밀도를 높이는 단계를 포함하는 전도성 그라핀 필름을 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조되고, 기질-[(CONH-R2-S-그라핀-(S-R3-S-그라핀)p]q(여기서, p와 q는 1 이상의 자연수이고, R2와 R3는 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기임)의 형태를 가지는 전도성 그라핀 필름을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a substrate, comprising: (a) providing a substrate having a thiol group exposed on its surface; (b) laminating the conductive graphene by bonding the conductive graphene to a thiol group on the surface of the substrate; (c) bonding the conductive graphene to the conductive graphene attached to the substrate, thereby laminating the conductive graphene; And (d) repeating the above step (c) to increase the density of the conductive graphene, and a method for producing a conductive GRF film comprising the steps of: (1) preparing a substrate - [(CONH-R 2 -S- (SR 3 -S-graphene) p] q wherein p and q are natural numbers of 1 or more, and R 2 and R 3 are C 1 -20 saturated hydrocarbon, unsaturated hydrocarbons or aromatic organic groups. ). ≪ / RTI >
본 발명은 또한, 상기 방법에 의해 제조되는 전도성 그라핀 또는 전도성 그라핀 필름에 표적 바이오 물질과 결합하거나, 반응하는 바이오 리셉터가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 그라핀 바이오센서를 제공한다.The present invention also provides a conductive graphene biosensor characterized in that a conductive graphene or conductive graphene film produced by the above method is attached to a biosensor that is bound to or reacts with a target biomaterial.
본 발명은 또한, 상기 전도성 그라핀 바이오센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 리셉터와 결합하거나 반응하는 표적 바이오 물질의 검출방법을 제공한다.The present invention also provides a method for detecting a target biomaterial which is in combination with or reacts with a bio-receptor, which uses the conductive graphene biosensor.
본 발명은 또한, 그라핀-(CONH-R1-S)r(여기서, r은 1 이상의 자연수이며, R1은 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기임)의 형태를 가지는 전도성 그라핀에 핵산이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 그라핀-핵산 복합체를 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of conductive graphene having the form of graphene- (CONH-R 1 -S) r, wherein r is one or more natural numbers and R 1 is a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon or an aromatic organic group And a nucleic acid is attached to the nucleic acid molecule.
본 발명은 또한, 아민 및/또는 라이신 기가 표면에 부착되어 있는 기질에, 상기 전도성 그라핀 핵산 복합체를 고정시키는 것을 특징으로 하는 핵산 칩의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a nucleic acid chip, wherein the conductive grapina nucleic acid complex is immobilized on a substrate having an amine and / or a lysine group attached thereto.
본 발명은 또한, 상기 전도성 그라핀-DNA 복합체가 아민 및/또는 라이신 기가 표면에 부착되어 있는 기질에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 DNA 칩 및 이용하는 것을 특징으로 하는 DNA 혼성화 반응의 검출방법을 제공한다.The present invention also provides a method for detecting a DNA hybridization reaction, wherein the conductive graphene-DNA complex is immobilized on a substrate to which an amine and / or a lysine group is attached, .
본 발명은 또한, 그라핀-(CONH-R1-S)r(여기서, r은 1 이상의 자연수이며, R1은 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기임)의 형태를 가지는 전도성 그라핀에 효소 기질이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 그라핀 효소기질 복합체를 제공한다.The present invention also relates to a process for the preparation of conductive graphene having the form of graphene- (CONH-R 1 -S) r, wherein r is one or more natural numbers and R 1 is a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon or an aromatic organic group And an enzyme substrate is attached to the substrate.
본 발명에 따른 전도성 그라핀 바이오센서는 표면적이 넓고, 전기전도도 성질이 우수하여 DNA와 같은 생물분자의 고정화 양을 높일 수 있고, 생물분자에 대한 검출 민감도를 증대시키는 것이 가능하다. 또한, 다양한 표적 바이오분자들을 직접 검출하거나, 전기화학적 신호를 측정함으로써, 바이오 물질과 바이오 리셉터의 반응을 정확히 한번에 대량으로 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 바이오물질의 특성상 액상에서 측정해야하는 특수한 상황을 극복하고, 소량의 원료(source)만으로도 정확한 측정치를 얻을 수 있는 검출법을 도입하는 것이 가능하다.The conductive graphene biosensor according to the present invention has a wide surface area and is excellent in electric conductivity, so that the amount of immobilized biomolecules such as DNA can be increased and the detection sensitivity to biomolecules can be increased. In addition, by directly detecting various target biomolecules or measuring electrochemical signals, it is possible not only to detect a large amount of reaction between a biomaterial and a bioreceptor at a time, but also to overcome a special situation to be measured in a liquid phase , It is possible to introduce a detection method capable of obtaining accurate measurement values even with a small amount of a raw material.
본 발명은 일 관점에서, (a) 카르복실기를 갖는 그라핀을 제조하는 단계; 및 (b) 상기 그라핀의 카르복실기를 아미노기와 티올기를 동시에 가지는 화학물질의 아미노기와 결합시켜 티올기로 개질된 그라핀을 제조하는 단계를 포함하는 전도성 그라핀을 제조하는 방법에 관한 것이다.According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a graphene comprising: (a) preparing graphene having a carboxyl group; And (b) combining the carboxyl group of the graphene with an amino group of a chemical substance having both an amino group and a thiol group to produce graphene modified with a thiol group.
구체적으로, 그라핀은 산에 의해 잘려 카르복실기(-COOH)를 가지게 되고, 상기 그라핀의 카르복실기(-COOH)는 아미노기와 티올기를 동시에 가지는 화학물질의 아미노기와 결합되어 티올기로 개질된 그라핀을 제조할 수 있다.Specifically, the graphene is cleaved by an acid to have a carboxyl group (-COOH), and the carboxyl group (-COOH) of the graphene is combined with an amino group of a chemical substance having an amino group and a thiol group at the same time to prepare a graphene modified with a thiol group can do.
본 발명에 있어서, 상기 아미노기와 티올기를 동시에 가지는 화학물질은 NH2-R1-SH인 것이 바람직하고, 여기서, R1은 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이다. 또한, 상기 (a) 단계는 그라핀을 염산, 황산 등과 같은 강산으로 처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, it is preferable that the chemical substance having both the amino group and the thiol group is NH 2 -R 1 -SH, wherein R 1 is a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, or an aromatic organic group of C 1 -20 . In the step (a), graphene may be treated with a strong acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, or the like.
본 발명은, 다른 관점에서 그라핀-(CONH-R1-S)r의 형태를 가지는 전도성 그라핀에 관한 것이다. 여기서, r은 1 이상의 자연수이며, R1은 C1 -20인 포화탄화수소 류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이다.The present invention relates, in another aspect, to conductive graphenes having the form of graphene- (CONH-R 1 -S) r. Here, r is a natural number of 1 or more, and R 1 is a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, or an aromatic organic group having C 1 - 20 .
본 발명에 있어서, 전도성 그라핀은 레이블링이 필요 없고, 단백질의 변형 없이 수용액 상에서 반응을 진행시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조공정이 용이하여 대량 생산 시스템으로의 도입이 충분히 가능하고, 탄소나노튜브가 가지고 있는 반도체의 특성과 전기화학적 응용확장성을 동시에 만족하면서 생산비용이 저렴하다는 장점을 동시에 살려 바이오센서의 기본 구성물질로서 활용될 수 있다.In the present invention, the conductive graphene is not required to be labeled, and the reaction can be proceeded in an aqueous solution without any modification of the protein, and the production process is easy, so that introduction into a mass production system is sufficiently possible, Which can be used as a basic constituent material of a biosensor by simultaneously taking advantage of the characteristics of the semiconductor and the electrochemical application scalability while reducing the production cost.
본 발명은, 또 다른 관점에서 (a) 표면에 티올기가 노출된 기질을 제조하는 단계; (b) 상기 기질 표면의 티올기에 상기 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 기질에 부착시키는 단계; 및 (c) 상기 기질에 부착된 전도성 그라핀에 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 적층시키는 단계를 포함하는 전도성 그라핀 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a process for preparing a substrate, comprising the steps of: (a) preparing a substrate on which a thiol group is exposed; (b) bonding the conductive graphene to the thiol group on the surface of the substrate to attach the conductive graphene to the substrate; And (c) bonding the conductive graphene to the conductive graphene attached to the substrate to form a conductive graphene pattern.
본 발명은, 또 다른 관점에서 (a) 표면에 티올기가 노출된 기질을 제조하는 단계; (b) 상기 기질 표면의 티올기에 상기 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 기질에 부착시키는 단계; (c) 상기 기질에 부착된 전도성 그라핀에 또 다른 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 적층시키는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계를 반복하여 전도성 그라핀의 밀도를 높이는 단계를 포함하는 전도성 그라핀 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a process for preparing a substrate, comprising the steps of: (a) preparing a substrate on which a thiol group is exposed; (b) bonding the conductive graphene to the thiol group on the surface of the substrate to attach the conductive graphene to the substrate; (c) laminating the conductive graphene by bonding another conductive graphene to the conductive graphene attached to the substrate; And (d) repeating the step (c) to increase the density of the conductive graphene.
본 발명에 따른 전도성 그라핀 패턴 또는 필름은 표면에 티올기가 노출된 기질의 티올기와 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라핀을 기질에 부착시킨 다음, 상기 기질에 적층된 전도성 그라핀에 다른 전도성 그라핀을 결합시켜 전도성 그라 핀들을 적층시켜 전도성 그라핀 패턴을 형성시킬 수 있고, 기질-[CONH-R2-S-그라핀-(S-R3-S-그라핀)p]q의 구조를 가지는 전도성 그라핀 패턴을 형성시킬 수 있다. 여기서, p와 q는 1 이상의 자연수를 의미하고, R2와 R3는 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기를 의미한다.The conductive graphene pattern or film according to the present invention may be produced by bonding conductive graphene to a substrate by bonding a thiol group of a substrate having a thiol group exposed on its surface to conductive graphene and then attaching conductive graphene to the conductive graphene stacked on the substrate The conductive graphene can be formed by laminating the conductive graphene to form a conductive graphene pattern, and the conductive graphene having the structure of the substrate - [CONH-R 2 -S-graphene- (SR 3 -S-graphene) p] A pin pattern can be formed. Here, p and q represent a natural number of 1 or more, and R 2 and R 3 represent saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons or aromatic organic groups of C 1 -20 .
한편, 상기와 같은 전도성 그라핀의 적층과정을 반복함으로써, 고밀도의 전도성 그라핀 필름을 제조할 수 있다. 상기 전도성 그라핀 필름은 기질-[CONH-R2-S-그라핀-(S-R3-S-그라핀)p]q의 구조를 가질 수 있고, 여기서 p와 q는 1 이상의 자연수이며, R2 및 R3은 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기를 의미한다.On the other hand, by repeating the above-described step of laminating the conductive graphene, a high-density conductive graphene film can be produced. Wherein the conductive graphene film may have the structure of a substrate - [CONH-R 2 -S-] - (SR 3 -S-graphene) p] q wherein p and q are natural numbers of 1 or more, and R 2 And R 3 means a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon or an aromatic organic group.
본 발명에 있어서, 표면에 티올기가 노출된 기질은 표면에 아미노 작용기가 노출된 기질을 카르복실기와 티올기를 동시에 가지는 화학물질로 처리하여 상기 기질상의 아미노기와 상기 화학물질의 카르복실기 간에 아미드 결합을 형성시킴으로써, 표면에 티올기가 노출된 기질을 제조할 수 있다. 상기 카르복실기와 티올기를 동시에 가지는 화학물질은 HOOC-R2-SH의 물질이 바람직하고, 여기서, R2는 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기를 의미한다.In the present invention, a substrate having a thiol group exposed on its surface is treated with a chemical substance having an amino functional group exposed on the surface thereof with a chemical substance having both a carboxyl group and a thiol group, thereby forming an amide bond between the amino group on the substrate and the carboxyl group of the chemical substance, A substrate having a thiol group exposed on its surface can be produced. The chemical substance having both the carboxyl group and the thiol group is preferably a substance of HOOC-R 2 -SH, wherein R 2 represents a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon or an aromatic organic group of C 1 -20 .
또한, 상기 표면에 아미노 작용기가 노출된 기질은 기질을 아미노알킬옥시실란으로 처리하여 제조할 수 있고, 아미노기와 카르복실기의 결합시에 커플링제와 베이스(base)를 사용할 수 있으며, 기질 표면의 티올기에 전도성 그라핀을 결합시 켜 전도성 그라핀을 기질에 부착시킬 경우에는 이중 티올 작용기를 가진 링커를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 이중 티올 작용기를 가진 링커는 HS-R3-SH인 것이 바람직하고, 여기서, R3는 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이다. The substrate having the amino functional group exposed on the surface can be prepared by treating the substrate with an aminoalkyloxysilane. A coupling agent and a base can be used when the amino group and the carboxyl group are bonded to each other. When the conductive graphene is attached to the substrate by attaching the conductive graphene to the substrate, a linker having a double thiol functional group may be used. The linker having the double thiol functional group is preferably HS-R 3 -SH, wherein R 3 is a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, or an aromatic organic group having C 1 -20 .
본 발명에 있어서, 기질은 원하는 위치에 전도성 그라핀을 부착시키기 위해 포토레지스트 또는 고분자 패턴이 형성되어 있고, 유리, 실리콘, 용융실리카, 플라스틱 및 PDMS(polydimethylsiloxane)로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the substrate is formed with a photoresist or a polymer pattern for attaching the conductive graphene to a desired position, and is selected from the group consisting of glass, silicon, fused silica, plastic, and polydimethylsiloxane (PDMS) .
본 발명은, 또 다른 관점에서 그라핀-(CONH-R1-S)r(여기서, r은 1 이상의 자연수이며, R1은 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기임)의 형태를 가지는 전도성 그라핀 또는 기질-[CONH-R2-S-그라핀-(S-R3-S-그라핀)p]q(여기서, p와 q는 1 이상의 자연수이고, R2와 R3는 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기임)의 구조를 가지는 전도성 그라핀 필름에 표적 바이오 물질과 결합하거나, 반응하는 바이오 리셉터가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 그라핀 바이오센서에 관한 것이다.The invention, in another aspect graphene - (CONH-R 1 -S) r ( where, r is a natural number of 1 or more, R 1 is C 1 -20, saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons or aromatic organic group being ) conductivity of graphene or a substrate having the form of a - [CONH-R 2 -S- graphene - (SR 3 -S- graphene) p] q (where, p and q is a natural number of 1 or more, R 2 and R 3 is a saturated hydrocarbon having 1 to 20 carbon atoms, an unsaturated hydrocarbon or an aromatic organic group), or a biosensor that reacts with or reacts with a target biomaterial is adhered to the conductive graphene film. Pin biosensor.
본 발명에 있어서, 표적 바이오물질은 바이오 리셉터와 반응하거나 결합하여 검출되는 표적 역할을 할 수 있는 물질로서, 바람직하게는 단백질, 핵산, 항체, 효소, 탄수화물, 지질 또는 기타 생체 유래의 생물분자이며, 더욱 바람직하게는 질병 에 관련된 단백질인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, a target biomolecule is a substance capable of acting as a target to be detected or reacted with a bioreceptor, preferably a protein, a nucleic acid, an antibody, an enzyme, a carbohydrate, a lipid, More preferably, the protein is a disease-related protein.
본 발명에 있어서, 바이오 리셉터는 효소기질, 리간드, 아미노산, 펩티드, 단백질, 핵산, 지질, 코펙터 또는 탄수화물인 것을 특징으로 할 수 있고, 또한 이들은 티올기를 가지는 것임을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the bioreceptor may be characterized by being an enzyme substrate, a ligand, an amino acid, a peptide, a protein, a nucleic acid, a lipid, a cofactor or a carbohydrate, and the bioreceptor also has a thiol group.
본 발명에 따른 '전도성 그라핀'은 그라핀에 화학작용기가 부착되어 있는 것을 포괄하는 개념이고, '전도성 그라핀-바이오센서'는 전도성 그라핀에 바이오물질과 반응하는 리셉터가 부착되어 있는 것을 포괄하는 개념으로, 전도성 그라핀에 결합되어 있는 바이오칩을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 또한, '효소기질'은 효소반응에 관여하는 반응원료를 총칭하는 것을 정의될 수 있다.'Conductive graphene' according to the present invention is a concept encompassing that a chemical functional group is attached to graphene. 'Conductive graphene-biosensor' refers to a conductive graphene having a receptor that reacts with a biomaterial, , It can be defined to include a biochip bonded to a conductive graphene. In addition, 'enzyme substrate' can be defined as a generic term for reaction materials involved in enzyme reaction.
본 발명은, 또 다른 관점에서 상기 전도성 그라핀-바이오센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 바이오 리셉터와 결합하거나, 반응하는 표적 바이오 물질의 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for detecting a target biomaterial to be combined with or reacting with a bio-receptor, characterized by using the conductive graphene-biosensor from another viewpoint.
본 발명은, 또 다른 관점에서 그라핀-(CONH-R1-S)r(여기서, R1과 r은 전술한 바와 같음)의 형태를 가지는 전도성 그라핀에 핵산이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 그라핀-핵산 복합체 및 상기 핵산 복합체를 아민 및/또는 라이신 기가 표면에 부착되어 있는 기질에 결합시키는 것을 특징으로 하는 핵산 칩의 제조방법에 관한 것이다. The present invention is, in a further aspect, characterized in that a nucleic acid is attached to a conductive graphene having the form of graphene- (CONH-R 1 -S) r (wherein R 1 and r are as defined above) The present invention relates to a method for producing a nucleic acid chip characterized by binding a conductive graphene-nucleic acid complex and the nucleic acid complex to a substrate to which an amine and / or a lysine group is attached to a surface.
본 발명에 있어서, 상기 기질상에 그라핀-핵산의 결합은 자외선(UV) 조사에 의한 가교결합(crosslinking)을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 핵산은 DNA인 것을 특징으로 할 수 있다. In the present invention, the binding of the graphene-nucleic acid on the substrate may be characterized by using crosslinking by ultraviolet (UV) irradiation, and the nucleic acid may be DNA.
본 발명은, 또 다른 관점에서 전도성 그라핀-DNA 복합체가 고체 기질에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 DNA 칩 및 상기 DNA 칩을 이용하는 것을 특징으로 하는 DNA 혼성화 반응의 검출방법에 관한 것으로, 상기 검출은 전기적 신호를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다. In another aspect, the present invention relates to a DNA chip characterized in that a conductive graphene-DNA complex is attached to a solid substrate, and a method for detecting DNA hybridization using the DNA chip, And an electric signal is used.
본 발명은, 또 다른 관점에서 그라핀-(CONH-R1-S)r(여기서, R1과 r은 전술한 바와 같음)의 형태를 가지는 전도성 그라핀에 효소기질이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 그라핀-효소기질 복합체에 관한 것으로, 상기 효소기질은 카이나제의 기질 펩티드(SP)인 것을 특징으로 할 수 있다. In another aspect, the present invention is characterized in that an enzyme substrate is attached to a conductive graphene having the form of graphene (CONH-R 1 -S) r (wherein R 1 and r are as described above) , Wherein the enzyme substrate is a substrate peptide (S P ) of carnauba.
본 발명은, 또 다른 관점에서 상기 전도성 그라핀-SP 복합체를 이용하는 것을 특징으로 하는 카이나제가 관여하는 효소반응의 검출방법에 관한 것으로, 상기 검출은 전기적 신호를 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for detecting an enzyme reaction involving carnauba using the conductive graphene- SP complex, wherein the detection is performed using an electrical signal.
본 발명에서는 그라핀을 화학적 작용기가 코팅된 고체 기질 위에 화학적 결합을 통하여 반복적으로 적층하여 높은 표면 밀도를 갖는 전도성 그라핀 패턴(또는 필름)을 제작하였다. 또한 고밀도 그라핀 패턴에 존재하는 작용기를 지닌 다양한 바이오 리셉터들을 상기 그라핀 패턴 또는 필름에 부착하여 다양한 종류의 표적 바이오물질들을 직접 검출하거나, 전기화학적 신호를 이용하여 검출할 수 있는 바이오센서를 제작하였다. In the present invention, a conductive graphene pattern (or film) having high surface density was produced by repeatedly laminating graphene on a solid substrate coated with a chemical functional group through chemical bonding. In addition, various bioreceptors having functional groups present in a high-density graphene pattern were attached to the graphene pattern or film to directly detect various kinds of target biomaterials or to produce biosensors that can be detected using electrochemical signals .
본 발명에 의하면, 그라핀을 일정한 위치에 배치된 촉매로부터 성장시켜서 완성했던 종래 기술의 한계에서 벗어나, 원하는 위치에 원하는 모양의 패턴을 상온에서 형성할 수 있다. 즉, 그라핀을 기질에 부착하는 방법으로는 크게 전기적인 방법과 화학적인 방법이 있다. 전기적인 방법이 그라핀의 위치를 비교적 자유롭게 조절할 수 있는데 반해, 화학적인 방법은 기질을 특정 작용기로 수정한 후에 그라핀이 부유된 용액에 일정시간 담그는 방식을 택하므로 전체의 기질에서 특별히 원하는 부분에만 부착시킨다는 것은 매우 곤란하다. According to the present invention, a desired pattern can be formed at a desired position at a room temperature at a desired position, without departing from the limitations of the prior art in which graphene is grown from a catalyst disposed at a predetermined position. That is, there are two methods of attaching graphene to a substrate: electrical and chemical. While the electrical method can adjust the position of the grapins relatively freely, the chemical method is to immerse the graphene in the suspended solution for a certain time after modifying the substrate to a specific functional group, It is very difficult to attach.
또한, 그라핀을 원하는 위치에 그라핀을 결합시켜 다양한 패턴을 형성하기 위해서는 기질의 특정부분만 노출시키고, 그라핀이 분산된 용액에서 장시간 견딜 수 있어야 하며, 그라핀을 증착시킨 후에는 깨끗이 제거되어 PDMS와 같은 기질에 쉽게 부착시킬 수 있어야 한다. Further, in order to form various patterns by bonding graphene to a desired position of the graphene, it is necessary to expose only a specific portion of the substrate and to withstand a long time in the solution containing the graphene. After the graphene is deposited, It should be easy to attach to substrates such as PDMS.
이에, 본 발명은 화학적인 방법의 장점을 최대한 이용할 수 있도록 고분자를 이용하여 기질의 패턴을 형성하여 상기 종래 기술의 단점을 개선하였다. 또한 지금까지 플라즈마 화학기상증착법, 열 화학기상증착법 등과 같은 고온 기작으로 인한 고분자 패터닝 등의 어려움과 강산에서의 절단과정에서 얻어지는 -COOH 등 화학작용기의 부재 등과 같은 종래기술의 문제점을 해결하는 것이 가능하다. Accordingly, the present invention improves disadvantages of the prior art by forming a pattern of a substrate using a polymer so that the advantages of a chemical method can be utilized to the utmost. In addition, it is possible to solve the problems of the prior art such as the difficulty of polymer patterning due to the high-temperature mechanism such as the plasma chemical vapor deposition method, the thermal chemical vapor deposition method and the like and the absence of the chemical functional group such as -COOH obtained in the cutting process in strong acid .
또한, 본 발명의 바이오센서를 이용할 경우, 소량의 반응물만으로도 정확한 값을 측정할 수 있고, 표면에 증착된 이온물질의 농도를 액상에서 전기적으로 측정할 수 있는 장점이 있다. In addition, when the biosensor of the present invention is used, an accurate value can be measured using only a small amount of reactant, and the concentration of the ionic substance deposited on the surface can be electrically measured in a liquid phase.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
1. One. 그라핀Graphene -(- ( CONHCONH -- RR 1One -S)r의 구조를 가지는 전도성 -S) r < / RTI > 그라핀의Graphene 제조 Produce
도 1은 강산에서 잘려진 그라핀에 산화환원 방법을 이용하여 카르복실 작용기(-COOH)를 디펙트(defect)로 갖는 그라핀의 제조과정을 개략적으로 나타낸 것이다. 상기 그라핀의 카르복실 작용기를 아미노(-NH2) 작용기와 티올(-SH) 작용기를 동시에 가진 링커의 아미노 작용기와 결합시켰다. 이때, 상기 결합반응의 커플링제로써 DCC(1,3-dicyclohexyl carbodiimide), HATU(O-(7-azabenzotriazol-1-yl)-1,1:3,3-tetramethyl uronium hexafluorophosphate), HBTU(O-(benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3- tetramethyluronium hexafluorophosphate), HAPyU(O-(7-azabenzotriazol -1-yl)-1,1:3,3-bis(tetramethylene)uronium hexafluorophosphate), HAMDU(O-(7-azabenzotriazol-1-yl)-1,3-dimethyl-1,3-dimethyleneuronium hexafluorophosphate), HBMDU(O-(benzotriazol-1-yl)-1,3-dimethyl-1,3-dimethyleneuronium hexafluorophosphate) 등과 베이스(base)로 DIEA(diisopropylethylamine), TMP(2,4,6-trimethylpyridine), NMI(N-methylimidazole) 등을 사용하는 것이 바람직하다. FIG. 1 schematically shows a process for producing graphene having a carboxylic functional group (-COOH) as a defect by using an oxidation-reduction method on graphene cut at a strong acid. The carboxyl functional group of the graphene was bound to the amino functional group of the linker having amino (-NH 2 ) functional group and thiol (-SH) functional group at the same time. In this case, DCC (1,3-dicyclohexyl carbodiimide), HATU (O- (7-azabenzotriazol-1-yl) -1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate), HBTU (benzotriazol-1-yl) -1,1,3,3-tetramethyluronium hexafluorophosphate), HAPyU (O- (7-azabenzotriazol-1-yl) -1,1,3,3- bis (tetramethylene) uronium hexafluorophosphate) HAMDU (O- (7-azabenzotriazol-1-yl) -1,3-dimethyl-1,3-dimethylenuronium hexafluorophosphate), HBMDU (O- (benzotriazol- dimethylethyleneuronium hexafluorophosphate and the like and diisopropylethylamine (DIEA), 2,4,6-trimethylpyridine (TMP) and N-methylimidazole (NMI) are preferably used as a base.
또한, 물을 용매로 사용할 때 커플링제로서 EDC(1-ethyl-3-(3-dimethylamini-propyl) arbodiimide hydrochloride)를 사용하고, 커플링제의 보조제로서 NHS(N-hydroxysuccinimide), NHSS(N-hydroxysulfosuccinimide) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 커플링제는 -COOH 작용기와 -NH2 작용기가 아미드 결합(- CONH-)을 형성하는 역할을 하며, 상기 베이스와 보조제는 커플링제가 아미드 결합을 형성할 때 효율을 높일 수 있도록 도와주는 역할을 한다. When water is used as a solvent, EDC (1-ethyl-3- (3-dimethylamini-propyl) arbodiimide hydrochloride) is used as a coupling agent and N-hydroxysuccinimide (NHS) ) Or the like is preferably used. The coupling agent serves to form an amide bond (-CONH-) with the -COOH functional group and the -NH 2 functional group, and the base and the auxiliary agent serve to enhance the efficiency when the coupling agent forms the amide bond do.
상기 아미노 작용기와 티올 작용기를 동시에 가지는 링커는 NH2-R1-SH로 표시되는 화학물질이 바람직하다. 여기서, R1은 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기를 의미한다. 최종적으로 ‘그라핀-(CONH-R1-S)r의 형태를 가지는 전도성 그라핀이 얻어지며, 여기서 r은 1 이상의 자연수이다. The linker having both the amino functional group and the thiol functional group is preferably a chemical substance represented by NH 2 -R 1 -SH. Here, R 1 means a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon or an aromatic organic group having C 1 - 20 . Finally, a conductive graphene having the form of graphene (CONH-R 1 -S) r is obtained, wherein r is a natural number of 1 or more.
2. 기질 상에 2. On the substrate 그라핀Graphene 층을 Layer 적층하여Laminated 그라핀Graphene 필름을 형성하는 방법 Method of forming film
본 발명에서는 유리, 실리콘 웨이퍼, 플라스틱 등의 기질 상에 고분자나 포토레지스트 패턴을 형성한 다음, 상기 패턴을 마스크로 하여 아미노알킬옥시실란을 표면에 고정하여 아미노기를 기질 표면에 노출시키는 방법을 사용하였다. 상기 아미노알킬옥시실란으로는 아미노프로필트리에톡시실란을 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, a method is used in which a polymer or a photoresist pattern is formed on a substrate such as glass, silicon wafer or plastic, and then the aminoalkyloxy silane is fixed on the surface of the substrate using the pattern as a mask to expose the amino group to the substrate surface . As the aminoalkyloxysilane, it is preferable to use aminopropyltriethoxysilane.
상기 아미노기가 고정된 표면에 티올 작용기를 노출시키기 위하여, 상기 아미노기를 HOOC-R2-SH(여기서, R2는 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기임)와 같은 티올 작용기와 카르복실 작용기를 동시에 가진 화학물질의 카르복실 작용기와 아미드 결합으로 연결시킨다. 결국, 기질 표면에 티올기가 노출된 '기질-CONH-R2-SH' 형태의 구조가 형성된다.To expose the thiol functional groups on the surface of said fixed group, HOOC-R 2 the amino group -SH (wherein, R 2 is C 1 -20 saturated hydrocarbons being unsaturated hydrocarbons or aromatic organic group), a thiol such as The amide bond is linked to the carboxyl group of the chemical having both the functional group and the carboxyl functional group at the same time. As a result, a structure in the form of a substrate-CONH-R 2 -SH 'in which a thiol group is exposed on the substrate surface is formed.
이때, 상기 아미드 결합의 커플링제로 DCC, HATU, HBTU, HAPyU, HAMDU, HBMDU 등과 베이스(base)로써 DIEA, TMP, NMI 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 물을 용매로 사용할 때 커플링제로서 EDC를, 커플링 보조제로서 NHS, NHSS 등을 사용하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to use DIEA, TMP, NMI or the like as a base with DCC, HATU, HBTU, HAPyU, HAMDU, HBMDU and the like as the coupling agent for the amide bond. When water is used as a solvent, it is preferable to use EDC as a coupling agent and NHS or NHSS as a coupling aid.
도 2에서 나타난 바와 같이, 금 입자가 점재된 전도성 그라핀은 티올 작용기가 노출된 기질, '기질-CONH-X-SH'에 결합시킨다. 이때 기질 표면의 티올 작용기와 그라핀에 점재된 금 결정 사이에 Au-S 링크가 형성되어 기질 상에 그라핀이 결합하게 되어 '기질-CONH-X-S-Au-그라핀-Au'형태의 구조가 형성된다(도 2a).As shown in FIG. 2, the conductive graphene dotted with gold particles binds to the substrate, 'substrate -CONH-X-SH', in which the thiol functional group is exposed. At this time, an Au-S link is formed between the thiol functional group on the surface of the substrate and the gold crystal dotted on the graphene, so that graphene binds to the substrate, and the structure of 'substrate -CONH-XS-Au- (Fig. 2A).
다음으로, 기질에 선택적으로 부착된 그라핀에 점재되어 있는 금과 이중 티올 작용기를 가진 링커인 HS-R3-SH로 표시되는 화학물질을 반응시키고, 금이 점재된 전도성 그라핀을 상기 링커의 다른 한쪽 티올 작용기와 반응시킨다. 이 반응으로 '기질-[CONH-X-S-Au-그라핀-Au-S-R3-S-Au-그라핀-Au]' 형태의 구조가 형성된다 (도 2b).Next, a chemical represented by HS-R 3 -SH, which is a linker having a double thiol functional group, and gold that is dotted on graphene selectively attached to the substrate is reacted, and the gold-dotted conductive graphene is reacted with the linker React with the other thiol functional group. This reaction forms a structure of the form 'substrate - [CONH-XS-Au-Graphin-Au-SR 3 -S-Au-Graphin-Au]' (FIG.
그 다음으로, 금이 점재된 전도성 그라핀과 상기 이중 티올 작용기를 가진 화학물질과의 화학반응을 반복적으로 수행하여 표면에 전도성 그라핀의 표면밀도를 높인다. 최종적으로 '기질-[CONH-X-S-Au-그라핀-Au-(S-R3-S-Au-그라핀-Au)p]q'의 구조를 갖는 전도성 그라핀 패턴 또는 전도성 그라핀 필름이 형성된다(도 2c, 도 2d). 여기서 p와 q는 1이상의 자연수이다.Next, a chemical reaction between the gold-dotted conductive graphene and the chemical having the double thiol functional group is repeatedly carried out to increase the surface density of the conductive graphene on the surface. A conductive graphene pattern or a conductive graphene film having a structure of 'substrate - [CONH-XS-Au-Graphin-Au- (S-R3-S-Au-Graphin-Au) p] q' (Figs. 2C and 2D). Where p and q are natural numbers greater than or equal to one.
현존하는 그라핀을 이용한 바이오칩의 경우, 그라핀을 일정부분에서 성장시켜 전기적, 광학적 결과를 측정하였으나, 본 발명에서는 그라핀을 원하는 위치에 부착 또는 증착시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다. In the case of a biochip using existing graphene, the graphene is grown in a certain region to measure electrical and optical results. However, the present invention has an advantage that graphene can be adhered or deposited at a desired position.
상기에서 서술한 바와 같이 그라핀이 배열된 기질에 부착된 바이오물질을 전기적으로 검출하기 위해서는 액상을 유지해야 하는데, 이때 필요한 상판은 수㎜ ~ 수㎛의 유체가 포함될 공간을 확보해 두어야 한다. 여기에 사용할 수 있는 기질은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystyrene) 등과 같은 다양한 고분자 재료가 이용될 수 있다. As described above, in order to electrically detect biomaterials attached to a substrate having graphene arranged therein, it is necessary to maintain a liquid phase. In this case, a space for containing a fluid having a thickness of several millimeters to several micrometers should be secured. A variety of polymeric materials such as polydimethylsiloxane (PDMS), polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP) .
본 발명에 있어서, 그라핀은 각각 전하가 인가될 수 있도록 적어도 하나의 전도성 나노와이어(nanowires)를 통해 전원에 연결될 수 있으며, 여기서 전도성 나노와이어는 종래기술을 이용하여 단일원자로 형성할 수 있으며(Science, 275:1896-97, 1997), 전도성 금속으로 일정한 패턴을 형성한 후 이온 주입(implantation)이나 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 전류가 흐를 수 있는 도선을 증착시킬 수 있다. In the present invention, the graphene can be connected to a power source via at least one conductive nanowire (nanowires) to be applied to each of the charge, in which the conductive nanowires can form a single reactor, using conventional techniques, and (Science , 275: 1896-97, 1997), a conductive pattern can be formed with a conductive metal, and then a conductor capable of flowing current can be deposited using implantation or sputtering.
3. 기질 상에 3. On the substrate 티올Thiol 작용기(- The functional group (- SHSH ) 제조) Produce
본 발명에서는 유리, 실리콘 웨이퍼, 플라스틱 등의 기질 상에 고분자나 포토레지스트 패턴을 형성한 다음, 상기 패턴을 마스크로 하여 아미노알킬옥시실란을 표면에 고정하여 아미노기를 기질 표면에 노출시키는 방법을 사용하였다. 상기 아미노알킬옥시실란으로는 아미노프로필트리에톡시실란을 사용하는 것이 바람직하다. In the present invention, a method is used in which a polymer or a photoresist pattern is formed on a substrate such as glass, silicon wafer or plastic, and then the aminoalkyloxy silane is fixed on the surface of the substrate using the pattern as a mask to expose the amino group to the substrate surface . As the aminoalkyloxysilane, it is preferable to use aminopropyltriethoxysilane.
상기 아미노기가 고정된 표면에 티올 작용기를 노출시키기 위하여, 상기 아 미노기를 HOOC-R2-SH(여기서, R2는 C1 -20인 포화탄화수소류, 불포화탄화수소류 또는 방향족 유기기이다)와 같은 티올 작용기와 카르복실 작용기를 동시에 가진 화학물질의 카르복실 작용기와 아미드 결합으로 연결시킨다. 결국, 기질 표면에 티올기가 노출된 '기질-CONH-R2-SH'형태의 구조가 형성된다. To expose the thiol functional groups on the surface of which the amino group is fixed, the unexposed O groups such as HOOC-R 2 -SH (wherein, R 2 is C 1 -20, saturated hydrocarbons, unsaturated hydrocarbons or aromatic organic group) The amide bond is linked to the carboxyl group of the chemical that has the thiol and carboxyl groups at the same time. As a result, a structure in the form of a substrate-CONH-R 2 -SH 'in which a thiol group is exposed on the substrate surface is formed.
이때, 상기 아미드 결합의 커플링제로써 DCC, HATU, HBTU, HAPyU, HAMDU, HBMDU 등과 베이스(base)로써 DIEA, TMP, NMI 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 물을 용매로 사용할 때 커플링제로서 EDC를, 커플링 보조제로서 NHS, NHSS 등을 사용하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable to use DIEA, TMP, NMI or the like as a base with DCC, HATU, HBTU, HAPyU, HAMDU, HBMDU and the like as the coupling agent of the amide bond. When water is used as a solvent, it is preferable to use EDC as a coupling agent and NHS or NHSS as a coupling aid.
4. 전도성 4. Conductivity 그라핀에On graphene 리셉터를Receptor 결합시키는 방법 How to Combine
본 발명에 있어서, 바이오 리셉터(receptor)는 표적 바이오물질과 결합하거나 반응하는 물질로서, 상기 결합 또는 반응을 검출할 수 있는 프로브 역할을 하는 물질이 바람직하다. 이러한 바이오 리셉터로는 핵산(nucleic acids), 단백질 (proteins), 펩티드(peptides), 아미노산(amino acids), 리간드(ligands), 효소 기질(enzyme substrates), 코펙터(cofactors) 등이 있다. 본 발명에 있어서, 표적 바이오물질은 리셉터와 결합하거나 반응하여 검출되는 표적 역할을 할 수 있는 물질로서, 단백질, 핵산, 효소 또는 기타 바이오 분자가 있다. In the present invention, a bioreceptor is a substance that binds or reacts with a target biomaterial, and is preferably a substance that serves as a probe capable of detecting the binding or reaction. Such bio-receptors include nucleic acids, proteins, peptides, amino acids, ligands, enzyme substrates, cofactors, and the like. In the present invention, a target biomolecule is a substance capable of acting as a target to be detected by binding to or reacting with a receptor, and includes proteins, nucleic acids, enzymes or other biomolecules.
도 3은 전도성 그라핀의 표면에 금과 결합하거나 반응하는 작용기를 지닌 다양한 리셉터들이 부착된 후, 다양한 종류의 표적 바이오물질들과 선택적으로 상호 작용하는 것을 보여주는 개략도이다. 금 나노 결정과 반응하는 작용기로는 티올기를 함유하는 것이 바람직하다. 도 3에서, 1과 2는 표적 바이오물질과 반응할 수 있는 바이오 리셉터를 나타내고, 4는 상기 바이오 리셉터와 반응할 수 있는 표적 바이오물질을 나타낸다. 3은 바이오 리셉터 중에서 올리고뉴클레오티드를 나타내고, 5는 전도성 그라핀의 금속에 고정된 상기 올리고뉴클레오티드와 혼성화 반응할 수 있는 상보적 핵산을 나타내며, 6은 반응성이 없는 일반 바이오물질을 나타낸다. Figure 3 is a schematic diagram showing selective interaction of various types of target biomaterials after attachment of various receptors with functional groups that bind or react with gold on the surface of the conductive graphene. The functional group which reacts with the gold nanocrystals preferably contains a thiol group. 3, 1 and 2 represent a bioreceptor capable of reacting with a target biomaterial, and 4 represent a target biomaterial capable of reacting with the bioreceptor. 3 denotes an oligonucleotide in the bio-receptor, 5 denotes a complementary nucleic acid capable of hybridizing with the oligonucleotide fixed to the metal of the conductive graphene, and 6 denotes a non-reactive biomaterial.
도 4는 카이나제 효소반응을 위하여 전도성 그라핀에 티올 작용기를 가진 카이나제의 기질 펩티드(SP)를 고정시킨 그라핀-Au-기질펩티드 복합체를 나타낸다. 이를 다양한 카이나아제 효소에 의한 인산화 반응에 적용하여, 그라핀의 전기화학적 변화를 측정할 수 있다. Fig. 4 shows a graphene-Au-substrate peptide complex in which a substrate peptide ( SP ) having a thiol functional group on the conductive graphene is immobilized for kinase enzyme reaction. The electrochemical change of the graphene can be measured by applying it to the phosphorylation reaction by the various carinase enzymes.
상기 바이오 리셉터와 바이오물질 간의 반응 검출방법으로는 내장형 검출 시스템으로서 당업계에 잘 알려진 전기적 검출법, 공진법 (resonance) 또는 형광체를 이용한 방법 등을 사용할 수 있다. 전기적 신호에 의해 검출하는 방법을 사용하는 것이 바람직하며, 이 경우 바이오 리셉터와 표적 바이오물질의 반응시 그라핀에서 발생하는 미세한 전위차의 변화를 적당한 회로를 통해 모니터하여 검출할 수 있다As a method of detecting the reaction between the bio-receptor and the bio-material, an electric detection method, a resonance method or a method using a fluorescent material, which are well known in the art, can be used as a built-in detection system. It is preferable to use a method of detecting by electric signals. In this case, a change in the minute potential difference generated in the graphene when the bioreceptor is reacted with the target biomaterial can be monitored and detected through a suitable circuit
5. 결합 검출 시스템 5. Coupling Detection System
바이오센서의 전기적 특성 측정용도의 프로브 스테이션과 바이오센서에서 발생되는 형광물질을 검출하는 형광 현미경을 이용하여 반응결과를 측정할 수 있다. 또한 반응물에 방사선 동위원소를 부착시켜 반응 후에 일정면에서 계측기를 이용하여 방사선을 측정하는 기존의 방법을 이용할 수도 있다. The reaction result can be measured using a probe station for measuring the electrical characteristics of the biosensor and a fluorescence microscope for detecting the fluorescent substance generated from the biosensor. It is also possible to use an existing method of attaching a radioactive isotope to a reactant and measuring the radiation using a measuring device after the reaction.
본 발명에서는 그라핀의 민감한 전기적 성질을 활용한다는 취지에서, 상기 방법 중 전기적인 성질을 이용한 방법을 구체화하였다. 바이오물질의 특성상 액상에서 측정해야하는 경우가 많으므로, 본 발명에서는 액상에서 그라핀의 전기적 수치를 계측하는데 초점을 맞추었다. 그라핀의 표면에 부착된 바이오물질의 이온농도를 측정하기 위하여 본 발명에서는 세 가지 방법을 이용하였다. In the present invention, a method using electrical properties of the above-mentioned method is embodied in that it utilizes the sensitive electrical properties of graphene. Since it is often necessary to measure in liquid phase due to the nature of the bio material, the present invention focuses on measuring the electrical value of the graphene in the liquid phase. In order to measure the ion concentration of the biomaterial attached to the surface of the graphene, three methods were used in the present invention.
첫 번째는 특수 용질을 이용하여 산화환원반응을 유도한 후 포텐티오스태트(potentio stat)와 같은 장비를 사용하여 측정하는 것이고, 두 번째는 축전기의 개념을 사용하여 축전판 내부의 이온량을 전기적 조절을 통해 측정하는 것이며, 세 번째는 대전체의 원리를 이용하여 주변의 이온의 세기에 따라 대전판의 박막이 벌어지는 정도를 측정하는 것이다. The first one is the measurement using a device such as a potentiostat after inducing a redox reaction using a special solute. The second is to use the concept of a capacitor to measure the amount of ions inside the capacitor plate by an electrical control And the third is to measure the degree to which the thin film of the charging plate is spread according to the intensity of the surrounding ions by using the principle of the large whole.
첫 번째의 산화환원반응은 현재 보편화된 전기화학적 검출법으로, 사이클릭 볼타메트리(cyclic voltametry)와 포텐티오메트리(potentiometry) 그리고 암퍼로메트리(amperometry) 등을 이용한 장치 (Potentiostat/ Galbanostat, Ametech co.)를 사용하여, 도 4에 나타난 바와 같이, 그라핀에 연결된 도선과 바이오물질을 감싸고 있는 특정 용질을 포함한 액체에 전극을 담궈 반응 전후의 결과를 측정하는 것이다. The first oxidation-reduction reaction is currently a common electrochemical detection method. It uses cyclic voltammetry, potentiometry and amperometry (Potentiostat / Galbanostat, Ametech co ), As shown in Fig. 4, electrodes are immersed in a liquid containing a lead wire connected to the graphene and a specific solute surrounding the bio-material to measure the result before and after the reaction.
구체적으로는 그라핀 표면에 카이나제 효소의 기질펩티드가 결합되어 있는 도 5에 따른 그라핀-Au-기질펩티드 복합체를 카이나제 효소반응에 적용하여 상기 반응결과로 발생하는 이온농도는 하기 3가지 방법으로 측정하는 것이 가능하다. Specifically, the graphene-Au-substrate peptide complex according to FIG. 5, in which the substrate peptide of the kinase enzyme is bound to the surface of the graphene, is applied to the kinase enzyme reaction, It is possible to measure by branch method.
도 6은 본 발명에 따른 전도성 그라핀에 티올 작용기 또는 금 결합단백질과 융합된 형태의 AChE를 고정시킨 전도성 그라핀-효소 복합체를 이용하여 농약의 저해작용을 검출하는 것을 나타낸 개략도로, 본 발명은 그라핀위에 고정된 효소를 이용하여 기질을 반응 물질로 전환하는 효소반응에 의해 발생되는 전자의 이동을 유도시켜 효소반응을 측정할 수 있고 또한, 아세틸콜린의 가수분해반응을 유도하는 AChE가 유기인계 혹은 카바메이트계 농약에 의해 활성을 저해받게 되는데 이온 및 전자의 이동도 함께 저해받게 되므로 저해 정도를 측정하는 방법을 이용하여 잔류농약 센서로서 이용할 수 있다.FIG. 6 is a schematic diagram showing the detection of an inhibitory action of an agricultural chemical using a conductive GRP-enzyme complex in which AChE is fused with a thiol functional group or a gold binding protein to conductive GRP according to the present invention. The enzyme reaction can be induced by inducing the transfer of electrons generated by the enzyme reaction that converts the substrate to the reactant using the enzyme immobilized on the graphene and AChE inducing the hydrolysis reaction of acetylcholine can be detected by the organic phosphorus Or carbamate-based pesticides. Since the movement of ions and electrons is also inhibited, it can be used as a residual pesticide sensor by a method of measuring the degree of inhibition.
도 7은 본 발명에 따른 전도성 그라핀에 티올 작용기 또는 금 결합단백질과 융합된 형태의 GOx를 고정시킨 전도성 그라핀-효소 복합체를 이용한 바이오센서를 나타낸 개략도로, 상기 바이오센서는 그라핀 위에 고정된 효소를 이용하여 기질을 산화시키는 반응에 의해 발생하는 이온/전자의 이동을 유도시켜 산화환원반응을 측정하여, 모든 산화 및 환원에 관여하는 효소반응에 적용할 수 있고, 이때 발생하는 산화력 및 환원력에 의해 이온 및 전자의 이동을 전기화학적으로 신호를 변화하여 센서로서 활용할 수 있다.FIG. 7 is a schematic view showing a biosensor using a conductive GRF-enzyme complex in which a GOx fused with a thiol functional group or a gold binding protein is immobilized on the conductive GRF according to the present invention, It is possible to apply the present invention to an enzyme reaction involved in all oxidation and reduction by measuring the redox reaction by inducing the movement of ions / electrons generated by the reaction of oxidizing the substrate using an enzyme, The movement of ions and electrons can be utilized as a sensor by electrochemically changing signals.
도 1은 그라핀을 아민 또는 티올기로 기능화하기 위한 과정을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing a process for functionalizing graphene with an amine or thiol group.
도 2는 본 발명에 따른 전도성 그라핀 패턴의 집적화 과정을 보여주는 공정도로, (a)는 패턴이 형성된 기질 표면에 티올기(-SH)를 노출시키고, 금 입자가 점재된 그라핀 단층을 고정하는 개략도이고, (b)는 상기 (a)에서 형성된 그라핀 단층에 두개의 티올기를 가지는 화학물질을 이용하여 또 다른 금 입자가 점재된 그라핀을 고정하는 개략도이며, (c)는 상기(b)의 방법을 반복하여 표면에 금 입자가 점재된 그라핀의 표면 밀도를 높이는 것을 나타낸 개략도 이고, (d)는 상기 (c)의 방법을 반복하여 금 입자가 점재된 그라핀을 고밀도로 적층하는 방법을 보여주는 공정도이다. FIG. 2 is a process diagram showing the process of integrating a conductive graphene pattern according to the present invention. FIG. 2 (a) is a cross-sectional view showing a step of exposing a thiol group (-SH) to a surface of a substrate on which a pattern is formed, (B) is a schematic view of fixing a graphen dotted with another gold particle by using a chemical substance having two thiol groups in the graphene monolayer formed in (a), (c) (D) is a method in which the method of (c) above is repeated to laminate graphenes having gold particles dotted thereon at a high density FIG.
도 3은 전도성 그라핀 표면의 작용기를 지닌 다양한 리셉터들이 부착된 후, 다양한 종류의 표적 바이오 물질들과 선택적으로 상호작용하는 것을 보여주는 개략도이다. 1과 2는 표적 바이오물질과 반응할 수 있는 바이오 리셉터를 나타내고, 4는 상기 바이오 리셉터와 반응할 수 있는 표적 바이오물질을 나타낸다. 3은 바이오 리셉터 중에서 올리고뉴클레오티드를 나타내고, 5는 전도성 그라핀의 금속에 고정된 상기 올리고뉴클레오티드와 혼성화 반응할 수 있는 상보적 핵산을 나타내며, 6은 반응성이 없는 일반 바이오물질을 나타낸다. Figure 3 is a schematic diagram showing selective interaction with various types of target biomaterials after attachment of various receptors having functional groups on the surface of the conductive graphene. 1 and 2 represent a bioreceptor capable of reacting with a target biomaterial, and 4 represent a target biomaterial capable of reacting with the bioreceptor. 3 denotes an oligonucleotide in the bio-receptor, 5 denotes a complementary nucleic acid capable of hybridizing with the oligonucleotide fixed to the metal of the conductive graphene, and 6 denotes a non-reactive biomaterial.
도 4는 전도성 그라핀에 DNA가 결합할 수 있도록 스트렙트아비딘이 결합된 융합단백질로 그라핀을 기능화하여 비오틴-DNA 복합체를 이용하여 그라핀 벽면에 DNA가 위치 특이적으로 결합되도록 이용하기 위한 개략도이다.FIG. 4 is a schematic diagram for utilizing graphene as a fusion protein in which streptavidin is bound so that DNA can be bound to the conductive graphene and using the biotin-DNA complex to bind the DNA locally on the graphene wall surface to be.
도 5는 본 발명에 따른 전도성 그라핀에 티올 작용기 또는 금 결합단백질과 융합된 형태의 카이나제의 기질 펩티드를 고정시킨 전도성 그라핀-펩티드 기질 복합체를 이용한 바이오센서를 나타낸 개략도이다. FIG. 5 is a schematic view showing a biosensor using a conductive graphene-peptide substrate complex in which a thiourea or a gold binding protein and a fused substrate peptide of the fused form are immobilized on the conductive graphene according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 전도성 탄소나노튜브에 티올 작용기 또는 금 결합단백질과 융합된 형태의 AChE를 고정시킨 전도성 탄소나노튜브-효소 복합체를 이용하여 농약의 저해작용을 검출하는 것을 나타낸 개략도이다.FIG. 6 is a schematic view showing the detection of an inhibitory action of an agrochemical using a conductive carbon nanotube-enzyme complex in which AChE fused with a thiol functional group or a gold binding protein is immobilized on the conductive carbon nanotube according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 전도성 탄소나노튜브에 티올 작용기 또는 금 결합단백질과 융합된 형태의 GOx를 고정시킨 전도성 탄소나노튜브-효소 복합체를 이용한 바이오센서를 나타낸 개략도이다.7 is a schematic view showing a biosensor using a conductive carbon nanotube-enzyme complex in which a GOx fused with a thiol functional group or a gold binding protein is immobilized on the conductive carbon nanotube according to the present invention.
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