KR102086107B1 - Nanopipette having an membrane comprising saturated ionophore - Google Patents

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Abstract

본 발명은 포화된 이온감지물질을 포함하는 막을 구비하는 나노피펫, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 이온 측정 장치를 개시한다. The present invention discloses a nanopipette having a membrane comprising a saturated ion sensing material, a method of manufacturing the same, and an ion measuring apparatus including the same.

Description

포화된 이온감지물질을 포함하는 막을 구비하는 나노피펫{NANOPIPETTE HAVING AN MEMBRANE COMPRISING SATURATED IONOPHORE}NANOPIPETTE HAVING AN MEMBRANE COMPRISING SATURATED IONOPHORE}

본 발명은 포화된 이온감지물질을 포함하는 막을 구비하는 나노피펫에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노피펫 내부에 이온 선택성 막을 포함하며, 상기 이온 선택성 막이 포화된 이온감지물질을 포함하여 이온 선택성을 나타내는 나노피펫에 관한 것이다The present invention relates to a nanopipette having a membrane comprising a saturated ion sensing material, and more particularly, includes an ion selective membrane inside the nanopipette, and the ion selective membrane includes a saturated ion sensing material to exhibit ion selectivity. It is about a nanopipette

이온 선택성 전극(Ion Selective Electrode, ISE)은 용액중의 특정이온에 선택적으로 응답하는 막을 갖는 일종의 막전극으로 이 막과 용액의 계면에 발생하는 전위를 측정함으로써 이온의 농도(활량)를 알 수 있다. 상기 이온 선택성 전극을 전위차법(potentiometric) 이온 센서라고 하기도 한다. 상기 이온 선택성 전극은 이온선택성 막(ion selective membrane)을 포함하는데, 상기 이온선택성 막은 상기 분석시료에 직접적으로 접하여 상기 특정 이온을 감지함으로써, 전압을 발생시키는 막으로 상기 이온 선택성 전극에서 가장 중요한 부분이다.Ion Selective Electrode (ISE) is a kind of membrane electrode having a membrane that selectively responds to a specific ion in a solution. The ion concentration (active amount) can be known by measuring the potential occurring at the interface between the membrane and the solution. . The ion selective electrode is also referred to as a potentiometric ion sensor. The ion selective electrode includes an ion selective membrane, which is the most important part of the ion selective electrode as a membrane that generates voltage by sensing the specific ion in direct contact with the analyte. .

이온 선택성 전극은 시료 용액 중에 존재하는 특정 이온의 농도를 측정할 수 있으므로, 식품 화학, 발효 공정, 환경 분석, 혈액투석(hemodialysis), 혈종 전해질 연속 자동 측정, 체외 순환 혈액(extracorporeal blood) 등의 임상 화학(clinical chemistry)과 같은 많은 분야에 사용되고 있다. 반면, 국소적인(local) 이온 농도는 나노 규모의 단위에서도 통제될 수 있는 나노피펫이 적용된 이온 전도 현미경(Scanning Ion-Conductance Microscope, SICM)을 사용하여 측정될 수 있으나, 상기 SICM은 전체적인 이온 커런트(current), 즉 총(total) 이온 커런트를 감지하기 때문에 특정 이온 분포를 확인하는 것이 쉽지 않다. Ion-selective electrodes can measure the concentration of specific ions present in the sample solution, which can be used in clinical studies such as food chemistry, fermentation processes, environmental analysis, hemodialysis, continuous hematoma electrolyte measurement, and extracorporeal blood. It is used in many fields, such as chemical chemistry. On the other hand, the local ion concentration can be measured using a scanning ion-conductance microscope (SICM) with a nanopipette, which can be controlled even at nanoscale units, but the SICM can be measured using the overall ion current ( It is not easy to identify a specific ion distribution because it detects current, or total ion current.

기존의 ISE 방법은 검출하고자 하는 이온을 측정할 수는 있으나 피펫 팁 부분의 직경이 밀리미터(mm)단위로 크기가 매우 클 뿐만 아니라, 측정가능한 이온의 농도 범위도 크기 때문에 고농도 측정만 가능하다는 단점이 있었다. 그러나 이러한 사이즈 문제의 해결과 저농도에서도 이온 검출을 할 수 있도록 하기 위하여 최근에 이온 필터 전극(Ion Filter Electrode)이 개발되었다. Conventional ISE methods can measure the ions to be detected, but the diameter of the pipette tip is very large in millimeters (mm), and the concentration range of the ions can be measured. there was. However, in order to solve the size problem and enable ion detection even at low concentrations, an ion filter electrode has recently been developed.

상기 이온 필터 전극은 가소화된 PVC를 피펫 내부에 막의 형태로 만드는 방법으로서, 피펫 팁의 직경을 수백 나노미터까지 줄일 수 있다. 그러나, 이온 필터 전극은 사용 후 PVC 막내에 존재하는 이온감지물질을 재사용할 수 없으며, 세 가지 이상의 이온을 포함하는 수용액에서 원하는 한 종류의 이온을 측정할 수 없다는 문제가 있었다. The ion filter electrode is a method of making plasticized PVC in the form of a membrane inside the pipette, and can reduce the diameter of the pipette tip to several hundred nanometers. However, the ion filter electrode has a problem that it is not possible to reuse the ion sensing material present in the PVC membrane after use, and to measure one type of ions desired in an aqueous solution containing three or more ions.

본 발명자들은 종래 이온 필터 전극의 문제점을 해결하기 위하여 나노피펫 내부에 포화된 이온감지물질을 갖는 이온 선택성 막을 적용함으로써, 원하는 1 이상의 이온을 선택적으로 검출할 수 있도록 하였다. In order to solve the problem of the conventional ion filter electrode, the present inventors have applied an ion selective membrane having a saturated ion sensing material inside a nanopipette, so that one or more desired ions can be selectively detected.

제1측면에 따르면,According to the first aspect,

이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix) 및 가소제(plasticizer)를 함유하는 이온 선택성 막을 포함하고, 상기 이온감지물질은 포화된 것임을 특징으로 하는 이온-선택적 나노피펫이 개시된다. An ion-selective nanopipette is disclosed that comprises an ion selective membrane containing an ionophore, a matrix and a plasticizer, the ion sensing material being saturated.

본 발명의 제1구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫의 길이 방향으로 중앙에 위치한 이온 선택성 막(middle membrane collector)을 포함할 수 있다. The ion-selective nanopipette according to the first embodiment of the present invention may include an ion selective membrane (middle membrane collector) located centrally in the longitudinal direction of the nanopipette.

본 발명의 제2구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫 하부 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막(conical shank membrane collector)을 포함할 수 있다. The ion-selective nanopipette according to the second embodiment of the present invention may include an ion selective membrane (conical shank membrane collector) located on the conical shank below the nanopipette.

제2측면에 따르면,According to the second aspect,

(A) 이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix) 및 가소제(plasticizer)를 함유하는 막 형성 용액을 준비하는 단계; (A) preparing a film forming solution containing an ionophore, a polymer matrix and a plasticizer;

(B) 막 형성 용액을 나노피펫에 주입하여 이온 선택성 막을 형성하는 단계; 및(B) injecting the membrane forming solution into the nanopipette to form an ion selective membrane; And

(C) 막 내의 이온감지물질을 포화시키는 단계를 포함하는 이온-선택적 나노피펫의 제조방법이 개시된다. (C) A method for producing an ion-selective nanopipette comprising the step of saturating an ion sensing material in a membrane.

본 발명의 제1구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법은:Method for preparing an ion-selective nanopipette according to the first embodiment of the present invention is:

(a) 이온감지물질, 고분자 지지체 및 가소제를 함유하는 막 형성 용액을 준비하는 단계;(a) preparing a film forming solution containing an ion sensing material, a polymer support and a plasticizer;

(b) 나노피펫의 상부에서 나노 피펫의 내부로 탈이온수를 주입하는 단계; (b) injecting deionized water into the interior of the nanopipette at the top of the nanopipette;

(c) 상기 탈이온수 위에 상기 막 형성 용액을 주입하여 이온 선택성 막을 형성하는 단계; 및(c) injecting the membrane formation solution onto the deionized water to form an ion selective membrane; And

(d) 상기 이온 선택성 막 위에 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. (d) injecting an electrolyte onto the ion selective membrane.

상기 구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법은 (e) 상기 나노피펫의 하부 팁 끝부분에 단계 (d)에서 주입한 전해질과 같은 농도의 용액을 주입하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. The method of manufacturing an ion-selective nanopipette according to the embodiment may further include injecting a solution having the same concentration as the electrolyte injected in step (d) to the lower tip end of the nanopipette.

상기 구현예에 따라 제조된 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫의 길이 방향으로 중앙에 위치한 이온 선택성 막(middle membrane collector)을 포함할 수 있다. The ion-selective nanopipette prepared according to the embodiment may comprise an ion selective membrane (middle membrane collector) located centrally in the longitudinal direction of the nanopipette.

본 발명의 제2구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법은:Method for producing an ion-selective nanopipette according to a second embodiment of the present invention is:

(a) 이온감지물질, 고분자 지지체 및 가소제를 함유하는 막 형성 용액을 준비하는 단계;(a) preparing a film forming solution containing an ion sensing material, a polymer support and a plasticizer;

(b) 나노피펫의 팁 끝부분까지 상기 막 형성 용액을 주입하여 이온 선택성 막을 형성하는 단계; 및(b) injecting the membrane forming solution to the tip end of the nanopipette to form an ion selective membrane; And

(c) 나노피펫의 상부에서 나노 피펫의 내부로 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. (c) injecting an electrolyte into the nanopipette from the top of the nanopipette.

상기 구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법은 (d) 상기 나노피펫의 하부 팁 끝부분을 단계 (c)에서 주입한 전해질과 같은 농도의 용액에 위치시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다. The method of manufacturing an ion-selective nanopipette according to the embodiment may further comprise the step of placing the lower tip end of the nanopipette in a solution of the same concentration as the electrolyte injected in step (c).

상기 구현예에 따라 제조된 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫 하부 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막(conical shank membrane collector)을 포함할 수 있다.Ion-selective nanopipettes prepared according to this embodiment may comprise an ion selective membrane (conical shank membrane collector) located on the conical shank below the nanopipette.

제3측면에 따르면, According to the third aspect,

이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix) 및 가소제(plasticizer)를 함유하는 막을 포함하는 나노피펫, 내부용액과 접촉하는 내부전극, 외부용액과 접촉하는 상대전극(counter electrode), 및 상기 내부전극과 상대전극을 연결하는 측정회로를 포함하고, 상기 이온감지물질은 포화된 것임을 특징으로 하는 이온 측정 장치가 개시된다. 상기 측정회로는 IV 컨버터 (current-volage converter), 상대전극에 대한 내부전극의 전압 차이를 전달하기 위한 증폭기(amplifier) 및 시그널을 검출하기 위한 검출기를 포함할 수 있다. Nanopipet comprising a membrane containing an ionophore, a matrix and a plasticizer, an internal electrode in contact with an internal solution, a counter electrode in contact with an external solution, and the internal electrode Disclosed is an ion measuring device including a measuring circuit connecting a counter electrode to a counter electrode, wherein the ion sensing material is saturated. The measurement circuit may include an IV converter (current-volage converter), an amplifier for transferring the voltage difference of the internal electrode relative to the counter electrode, and a detector for detecting the signal.

본 발명에 따른 포화된 이온감지물질을 함유하는 막을 포함하는 나노피펫은 원하는 이온을 선택적으로 검출할 수 있다. 본 발명에 따른 포화된 이온감지물질을 함유하는 막을 포함하는 나노피펫은 다수의 이온이 혼합된 시료 용액에서도 타겟 이온을 선택적으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 포화된 이온감지물질을 함유하는 막을 포함하는 나노피펫은 재사용할 수 있다. Nanopipettes comprising membranes containing saturated ion sensing materials according to the present invention can selectively detect desired ions. The nanopipette including the membrane containing the saturated ion sensing material according to the present invention can selectively measure target ions even in a sample solution in which a plurality of ions are mixed. In addition, the nanopipette including the membrane containing the saturated ion sensing material according to the present invention can be reused.

도 1은 본 발명에 따른 양이온-이온감지물질 복합체의 일 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 중앙에 위치한 이온 선택성 막(middle membrane collector)의 이온교환원리를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막(conical shank membrane collector)의 이온교환원리를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 중앙에 위치한 막(middle membrane)을 포함하는 이온-선택적 나노피펫의 제조방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 원추형 생크에 위치한 막(conical shank membrane)을 포함하는 이온-선택적 나노피펫의 제조방법을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 이온 선택성 전극의 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 나노피펫의 SEM 측정 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실험예 1에 따른 중간에 위치한 이온 막의 이온 선택성 측정 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 실험예 1에 따른 원추형 생크에 위치한 이온 막의 이온 선택성 측정 결과를 나타낸다.
도 10는 본 발명의 실험예 2에 따른 원추형 생크에 위치한 칼륨 선택성 막의 재현성 확인 결과를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실험예 2에 위치한 원추형 생크에 위치한 나트륨 선택성 막의 재현성 확인 결과를 나타낸다.
1 shows an example of a cation-ion sensing complex according to the present invention.
Figure 2 illustrates the ion exchange principle of a centrally located ion selective membrane (middle membrane collector) according to the present invention.
3 illustrates the ion exchange principle of a conical shank membrane collector located in a conical shank according to the present invention.
Figure 4 shows a method for producing an ion-selective nanopipette comprising a middle membrane in accordance with the present invention.
FIG. 5 shows a method of making an ion-selective nanopipette comprising a conical shank membrane located in a conical shank according to the present invention.
6 shows an example of an ion selective electrode according to the present invention.
Figure 7 shows the SEM measurement results of the nanopipette prepared according to the present invention.
8 shows the result of measuring ion selectivity of the ion membrane located in the middle according to Experimental Example 1 of the present invention.
Figure 9 shows the result of measuring the ion selectivity of the ion membrane located in the cone shank according to Experimental Example 1 of the present invention.
Figure 10 shows the reproducibility confirmation results of the potassium selective membrane located in the cone-shaped shank according to Experimental Example 2 of the present invention.
Figure 11 shows the reproducibility confirmation results of the sodium selective membrane located in the cone-shaped shank located in Experimental Example 2 of the present invention.

본 명세서에 달리 정의되어 있지 않은 한, 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업계에 통상의 기술자가 통상적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다. 본 명세서에 포함되는 용어를 포함하는 다양한 과학적 사전이 잘 알려져 있고, 당업계에서 이용 가능하다. 비록 본 명세서에 설명된 것과 유사 또는 등가인 임의의 방법 및 물질이 본원의 실행 또는 시험에 사용되는 것으로 발견되나, 몇몇 방법 및 물질이 설명되어 있다. 당업자가 사용하는 맥락에 따라, 다양하게 사용될 수 있기 때문에, 특정 방법학, 프로토콜 및 시약으로 본 발명을 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. Unless defined otherwise herein, all technical and scientific terms used have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Various scientific dictionaries that include the terms included herein are well known and available in the art. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein are found to be used in the practice or testing herein, some methods and materials have been described. Depending on the context used by those of ordinary skill in the art, they may be used in a variety of ways, and therefore should not be construed as limiting the invention to particular methodologies, protocols and reagents.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수형은 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않으면 복수의 대상을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 언급되지 않는 한, "또는"은 "및/또는"을 의미한다. 더욱이, 용어 "포함하는" 뿐만 아니라, 다른 형태, 예를 들어, "가지는", "이루어지는" 및 "구성되는"는 제한적이지 않다.As used herein, the singular encompasses the plural objects unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, unless stated otherwise "or" means "and / or". Moreover, the terms "comprising" as well as other forms, such as "having", "consisting of" and "consisting of" are not limiting.

수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.The numerical range includes the numerical values defined in the range. All maximum numerical limits given throughout this specification include all lower numerical limits as if the lower numerical limits were clearly written. All minimum numerical limits given throughout this specification include all higher numerical limits as if the higher numerical limits were clearly written. All numerical limitations given throughout this specification will include all better numerical ranges within the broader numerical range, as the narrower numerical limitations are clearly written.

본 명세서에 제공된 제목은 다양한 면 또는 전체적으로 명세서의 참조로서, 하기의 구현예를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The headings provided herein are not to be construed as limiting the following embodiments, as a reference to the specification in various aspects or as a whole.

제1측면에 따르면, 본 발명은 이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix) 및 가소제(plasticizer)를 함유하는 이온 선택성 막(membrane collector)을 구비하고, 상기 이온감지물질은 포화된 것임을 특징으로 하는 이온-선택적 나노피펫을 제공한다. According to a first aspect, the present invention comprises an ion selective membrane containing an ionophore, a matrix, and a plasticizer, wherein the ion sensing material is saturated. To provide an ion-selective nanopipette.

본 명세서에서 사용된 용어 "이온"은 원자 또는 분자의 특정한 상태를 나타내는 것으로, 전자를 잃거나 얻어 전하를 띠는 원자 또는 분자를 의미한다. 양전하를 띤 이온을 양이온(cation), 음전하를 띤 이온을 음이온(anion)이라 한다. 상기 이온은 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+), 칼슘 이온(Ca2 +), 망간 이온(Mn2 +), 구리 이온(Cu2+), 세륨 이온(Ce2 +) 및 수소 이온(H+)으로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As used herein, the term "ion" refers to a particular state of an atom or molecule and refers to an atom or molecule that loses or gains electrons. Positively charged ions are called cations and negatively charged ions are called anions. The ions are potassium ions (K + ), sodium ions (Na + ), calcium ions (Ca 2 + ), manganese ions (Mn 2 + ), copper ions (Cu 2+ ), cerium ions (Ce 2 + ) and hydrogen One or more may be selected from the group consisting of ions (H + ), but is not limited thereto.

본 명세서에서 사용된 용어 "나노피펫"은 나노 크기의 원뿔형 팁 개구부, 예를 들면, 0.05 nm 내지 500 nm, 50 nm 내지 200 nm, 또는 100 nm 내지 150 nm의 팁 개구부를 갖는 중공의 자가지지성, 불활성, 비-생물학적 구조를 의미한다. 중공 구조는 예를 들면, 유리 또는 석영일 수 있고, 팁 개구부를 통과하는 유체를 그 내부에 보유할 수 있다. 나노피펫의 내부는 분석물의 비특이적 결합을 최소화하도록 선택되거나 변형될 수 있다. 나노피펫의 내부는 일반적으로 석영 또는 다른 생물학적 불활성 물질의 단일 층의 균일한 벽 두께를 갖는 연장된 원뿔의 형태이고, 나노피펫 내의 용액과 접촉하는 전극의 삽입을 허용하는 크기를 가질 수 있다. 본원에서 사용된 나노피펫은 일반적으로 하나의 구멍을 갖지만, 이중 구멍 모세관을 잡아당김으로써 다수의 동심 구멍을 갖는 나노피펫이 제조될 수 있다. 외경은 일반적으로 팁 영역에서 약 1 ㎛ 미만일 수 있다. As used herein, the term "nanopipet" refers to a hollow, self-supporting nano-conical tip opening, for example having a tip opening of 0.05 nm to 500 nm, 50 nm to 200 nm, or 100 nm to 150 nm. , Inert, non-biological structure. The hollow structure can be glass or quartz, for example, and can hold fluid therein through the tip opening. The interior of the nanopipette can be selected or modified to minimize nonspecific binding of the analyte. The interior of the nanopipette is generally in the form of an elongated cone having a uniform wall thickness of a single layer of quartz or other biologically inert material, and may be sized to allow insertion of an electrode in contact with the solution in the nanopipette. As used herein, nanopipettes generally have one hole, but nanopipettes with multiple concentric holes can be prepared by pulling the double hole capillary. The outer diameter may generally be less than about 1 μm in the tip region.

본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된 용어 "막" 또는 "이온 선택성 막"은 이온 선택성 전극(ISE)에 포함되어 분석시료에 직접적으로 접하여 특정 이온을 감지함으로써 이온교환에 의한 전류 시그널을 발생시키는 막을 의미하는 것으로, 상기 막은 일반적으로 이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix) 및 가소제(plasticizer)로 이루어질 수 있다. As used interchangeably herein, the terms "membrane" or "ion-selective membrane" refer to a membrane that is included in an ion-selective electrode (ISE) to generate a current signal by ion exchange by sensing specific ions directly in contact with an analyte. Meaning, the membrane may generally be composed of an ionophore, a polymer matrix, and a plasticizer.

본 명세서에서 사용된 용어 "이온감지물질"은 특정 이온과 공유결합, 배위결합 반응 또는 이온교환 반응을 일으킬 수 있는 물질을 의미한다. 상기 이온감지물질은 사급 암모늄염(quaternary ammonium salt), 발리노마이신(valinomycin), 발리노마이신 유도체, 모넨신(monensin), 노낙틴(nonactin), 노낙틴 유도체, 삼급아민(tertiary amine), 금속포피린(metal porphyrin), 금속프탈로시아닌 (metal phthalocyanine), 트리플루오로아세토페논 (trifluoroacetophenone), 트리플루오로아세토페논 유도체, 크라운에테르(crown ether), 다이벤조-18-크라운-6 (dibenzo-18-crown-6), 유기인계 이온감지물질, 유기주석계 이온감지물질, ETH1778, ETH1062, ETH1001, ETH129, ETH149, ETH1644, ETH1117, ETH5214, ETH227 및 ETH157로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As used herein, the term "ion sensing material" means a material capable of causing a covalent bond, a coordination reaction or an ion exchange reaction with a specific ion. The ion sensing material is a quaternary ammonium salt (valternary ammonium salt), ballinomycin (valinomycin), ballinomycin derivatives, monensin (monensin), nonactin (nonactin), nonactin derivatives, tertiary amine, metal porphyrin (metal porphyrin), metal phthalocyanine, trifluoroacetophenone, trifluoroacetophenone derivatives, crown ether, dibenzo-18-crown-6 6), one or more may be selected from the group consisting of organophosphorus ion sensing material, organotin ion sensing material, ETH1778, ETH1062, ETH1001, ETH129, ETH149, ETH1644, ETH1117, ETH5214, ETH227 and ETH157, but is not limited thereto. It is not.

본 발명에 의한 포화된 이온감지물질, 즉, 양이온-이온감지물질 복합체의 일 예를 도 1에 나타내고, 본 발명에 의한 양이온-이온감지물질 복합체를 포함하는 이온 선택성 막의 이온 교환 원리를 도 2에 나타내었다. An example of the saturated ion-sensing material, ie, cation-ion sensing complex, according to the present invention is shown in FIG. 1, and the principle of ion exchange of an ion-selective membrane comprising a cation-ion sensing complex according to the present invention is shown in FIG. 2. Indicated.

본 명세서에서 사용된 용어 "포화된 이온감지물질"은 막 내의 이온감지물질이 양이온과 결합하여 "양이온-이온감지물질 복합체"를 형성한다는 것을 의미한다. The term "saturated ion sensing material" as used herein means that the ion sensing material in the membrane combines with a cation to form a "cationic-ion sensing complex".

도 2에서 보는 바와 같이 이온감지물질이 감지하는 이온과 반응시켜 이미 포화된 이온감지물질은 이온 교환을 통해 시료 내에 해당 이온을 투과시켜 커런트를 발생시킴으로써, 선택적 이온의 측정을 가능하게 한다. 즉, 막 내의 이온감지물질에 포화되어 복합체를 형성하고 있는 이온과 같은 이온인 경우 이온교환을 통해 막을 통과하지만, 그렇지 않은 경우에는 이온교환은 발생하지 않고 반사하게 된다. 이에 따라 이온감지물질을 포화시킨 이온과 동일한 이온은 이온교환에 의한 활성(activity)으로 막을 통과하여 시그널이 발생하게 되고, 다른 이온을 가했을 경우에는 시그널이 검출되지 않는다. As shown in FIG. 2, the ion-sensing material that is already saturated by reacting with the ions sensed by the ion-sensing material transmits the corresponding ions in the sample through ion exchange to generate current, thereby enabling selective measurement of ions. That is, in the case of ions such as ions saturated in the ion sensing material in the membrane to form a complex, they pass through the membrane through ion exchange, but otherwise the ion exchange does not occur and reflects. As a result, the same ions as the ions that saturate the ion sensing material pass through the membrane due to ion exchange activity, and signal is not detected when other ions are added.

따라서, 본 발명에 의한 포화된 이온감지물질을 포함하는 막을 구비하는 나노피펫의 경우 이온감지물질을 포화시키기 위해 사용되는 이온의 종류, 즉, 이온감지물질이 감지하는 이온의 종류에 따라 선택투과되는 이온의 종류를 조절할 수 있게 된다. Accordingly, in the case of a nanopipette having a membrane including a saturated ion sensing material according to the present invention, the type of ions used to saturate the ion sensing material, that is, the type of ions sensed by the ion sensing material may be selectively transmitted. The type of ions can be controlled.

본 명세서에서 사용된 용어 "고분자 지지체"는 막을 구성하는 혼합 용액의 다른 성분들의 특성을 잘 유지할 수 있게 적절히 분산하여 유지하는 막의 구조체를 의미한다. 상기 고분자 지지체는 실리콘 고무, 폴리(비스 페놀-A 카보네이트)와 폴리(디메틸사일옥세인)의 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리우레탄(PUR 또는 PU), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리(비닐 클로라이드)(PVC)로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. As used herein, the term "polymeric support" refers to a structure of a membrane that is properly dispersed and maintained to maintain the properties of the other components of the mixed solution constituting the membrane. The polymer support may be a silicone rubber, a copolymer of poly (bisphenol-A carbonate) and poly (dimethylsiloxane), poly (methylmethacrylate) (PMMA), polyurethane (PUR or PU), polyetherimide ( PEI) and poly (vinyl chloride) (PVC) may be selected from one or more, but is not limited thereto.

본 명세서에서 사용된 용어 "가소제"는 고분자 지지체의 경직성을 줄이기 위해 높은 비율로 사용되는 비휘발성 유기 용매를 의미한다. 상기 가소제는 o-니트로페닐 옥틸 에테르, 비스(2-에틸헥실)세바케이트, 디옥틸 프탈레이트, 비스(1-부틸펜틸)아디페이트, 디옥틸 페닐포스페이트, 트리스(2-에틸헥실)에스테르, o-니트로페닐 페닐포스페이트 및 디부틸 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term "plasticizer" refers to a nonvolatile organic solvent that is used in high proportions to reduce the rigidity of the polymeric support. The plasticizer is o-nitrophenyl octyl ether, bis (2-ethylhexyl) sebacate, dioctyl phthalate, bis (1-butylpentyl) adipate, dioctyl phenylphosphate, tris (2-ethylhexyl) ester, o- One or more may be selected from the group consisting of nitrophenyl phenylphosphate and dibutyl phthalate, but is not limited thereto.

본 발명에 따르면, 상기 이온 선택성 막은 음이온 레펠러(anion repeller)를 더욱 포함할 수 있다. According to the present invention, the ion selective membrane may further include an anion repeller.

본 명세서에서 사용된 용어 "음이온 레펠러"는 음이온을 반사해주는 역할을 하는 것으로, 음이온을 반사하여 양이온이 막 주위로 보다 쉽게 접근할 수 있도록 한다. 상기 음이온 레펠러는 트리페닐 보론(triphenylboron), 트리스펜타플루오로페닐 보론(tris(pentafluoropheneyl)boron), 트리스(3,5-디(트리플루오로메틸)페닐)보론(tris(3,5-di(trifluoromethyl)phenyl)boron), 테트라페닐보레이트염(tetraphenylborate salt) 및 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트염(tetrakis(pentafluorophenyl)borate salt)로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The term "anion repeller" as used herein serves to reflect anions, reflecting the anions to allow the cations to be more easily accessible around the membrane. The anion repeller is triphenylboron, trispentafluoropheneyl boron, tris (3,5-di (trifluoromethyl) phenyl) boron (tris (3,5-di) (trifluoromethyl) phenyl) boron), tetraphenylborate salt, and tetrakis (pentafluorophenyl) borate salt, but may be selected from one or more, but not limited thereto. It doesn't happen.

본 발명의 제1구현예에 따르면, 상기 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫의 길이 방향으로 중앙에 위치한 이온 선택성 막(middle membrane collector)을 포함할 수 있다. According to the first embodiment of the present invention, the ion-selective nanopipette may include an ion selective membrane (middle membrane collector) located centrally in the longitudinal direction of the nanopipette.

본 발명의 제2구현예에 따르면, 상기 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫 하부 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막(conical shank membrane collector)을 포함할 수 있다. 상기 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막의 이온교환 원리를 도 3에 나타내었다. According to a second embodiment of the present invention, the ion-selective nanopipette may comprise an ion selective membrane (conical shank membrane collector) located on the conical shank below the nanopipette. The ion exchange principle of the ion selective membrane located on the conical shank is shown in FIG. 3.

구체적으로, 나노피펫의 하부 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막의 이온교환도 상기 나노피펫의 길이방향으로 중앙에 위치한 이온 선택성 막의 이온교환과 같은 원리이다. 그러나, 상기 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막은 나노피펫 끝부분에 형성되어 시료용액이 첨가되는 동시에 이온교환이 발생되므로, 나노피펫의 길이 방향으로 중앙에 위치한 막의 이온교환 보다 더 빨리 이온교환 활성이 발생할 수 있고, 이에 따라 노이즈가 감소되고 더욱 안정된 시그널을 얻을 수 있다. Specifically, ion exchange of an ion selective membrane located in the lower conical shank of a nanopipette is the same principle as ion exchange of an ion selective membrane centrally located in the longitudinal direction of the nanopipette. However, since the ion-selective membrane located on the conical shank is formed at the tip of the nanopipette and ion exchange occurs at the same time as the sample solution is added, ion exchange activity may occur faster than the ion exchange of the membrane located centrally in the longitudinal direction of the nanopipette. As a result, noise is reduced and a more stable signal can be obtained.

제2측면에 따르면, 본 발명은 이온-선택적 나노피펫의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 (A) 이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix) 및 가소제(plasticizer)를 함유하는 막 형성 용액을 준비하는 단계; (B) 막 형성 용액을 나노피펫에 주입하여 이온 선택성 막을 형성하는 단계; 및 (C) 이온 선택성 막 내의 이온감지물질을 포화시키는 단계를 포함할 수 있다. According to a second aspect, the present invention provides a method of making an ion-selective nanopipette. The method comprises the steps of: (A) preparing a film forming solution containing an ionophore, a polymer matrix and a plasticizer; (B) injecting the membrane forming solution into the nanopipette to form an ion selective membrane; And (C) saturating the ion sensing material in the ion selective membrane.

본 발명에 따른 막 형성 용액은 이온감지물질, 고분자 지지체 및 가소제를 함유하는 것으로, 음이온 레펠러(repeller)를 더욱 함유할 수도 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 막 형성 용액은 이온감지물질로서 bis(benzo-15-crown-5) 및/또는 bis(12-crown-4), 고분자 지지체로서 PCV, 가소제로서 o-니트로페닐 옥틸 에테르(o-nitrophenyloctylether) 및 음이온 레펠러로서 테트라페닐보레이트 (tetraphenylborate)를 5 : 32 : 62 : 1 의 비율로 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 막 형성 용액은 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran)에 용해될 수 있다. 상기 이온감지물질 bis(benzo-15-crown-5) 및 bis(12-crown-4)의 화학구조를 각각 화학구조1(a) 및 화학구조2(b)에 나타내었다. The film forming solution according to the present invention contains an ion sensing material, a polymer support and a plasticizer, and may further contain an anion repeller. Specifically, the film forming solution according to the present invention is bis (benzo-15-crown-5) and / or bis (12-crown-4) as an ion sensing material, PCV as a polymer support, o-nitrophenyl octyl ether as a plasticizer (o-nitrophenyloctylether) and tetraphenylborate as an anionic repeller may be prepared by mixing in a ratio of 5: 32: 62: 1. The film forming solution may be dissolved in tetrahydrofuran. Chemical structures of the ion sensing materials bis (benzo-15-crown-5) and bis (12-crown-4) are shown in Chemical Structure 1 (a) and Chemical Structure 2 (b), respectively.

[화학구조 1][Chemical Structure 1]

Figure 112018053850116-pat00001
Figure 112018053850116-pat00001

상기 화학구조를 참고하면, bis(benzo-15-crown-5) 및 bis(12-crown-4)의 고리부분은 산소결합으로 이루어짐으로써 음전하를 띠게 된다. 따라서, 칼륨 이온과 나트륨 이온이 상기 음전하 부분에 결합할 수 있다. 칼륨 이온의 크기는 약 152 pm이고 나트륨 이온의 크기는 약 116 pm이므로, 상기 크기에 따라 각각 bis(benzo-15-crown-5) 및 bis(12-crown-4)에 결합할 수 있다. Referring to the chemical structure, the ring portion of bis (benzo-15-crown-5) and bis (12-crown-4) is negatively charged by the oxygen bond. Thus, potassium ions and sodium ions can bind to the negatively charged portion. Since the size of the potassium ion is about 152 pm and the size of the sodium ion is about 116 pm, it can bind to bis (benzo-15-crown-5) and bis (12-crown-4), respectively.

본 발명의 제1구현예에 따른 상기 이온-선택적 나노피펫의 제조 방법은 (a) 이온감지물질, 고분자 지지체 및 가소제를 함유하는 막 형성 용액을 준비하는 단계; (b) 나노피펫의 상부에서 나노피펫의 내부로 탈이온수를 주입하는 단계; (c) 상기 탈이온수 위에 상기 막 형성 용액을 주입하여 이온 선택성 막을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 이온 선택성 막 위에 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법은 (e) 상기 나노피펫의 하부 팁 끝부분에 단계 (d)에서 주입한 전해질과 같은 농도의 용액을 주입하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 구현예에 따라 제조된 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫의 길이 방향으로 중앙에 위치한 막(middle membrane)을 포함할 수 있다. 상기 구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법을 도 4에 나타내었다. The ion-selective nanopipette manufacturing method according to the first embodiment of the present invention comprises the steps of (a) preparing a film forming solution containing an ion sensing material, a polymer support and a plasticizer; (b) injecting deionized water into the interior of the nanopipette at the top of the nanopipette; (c) injecting the membrane formation solution onto the deionized water to form an ion selective membrane; And (d) injecting an electrolyte onto the ion selective membrane. The method of manufacturing an ion-selective nanopipette according to the embodiment may further include injecting a solution having the same concentration as the electrolyte injected in step (d) to the lower tip end of the nanopipette. The ion-selective nanopipettes prepared according to the embodiments may comprise a middle membrane located centrally in the longitudinal direction of the nanopipette. 4 shows a method of preparing an ion-selective nanopipette according to the embodiment.

도 4를 참고하면, 우선 나노피펫의 상부에서 나노피펫의 하부 팁 부분까지 탈이온수를 주입한다. 상기 주입된 탈이온수 위에 막 형성 용액을 주입하고, 이를 건조시켜 이온 선택성 막을 형성한다. 상기 이온 선택성 막 내의 이온감지물질을 포화시키기 위하여 나노피펫에 전해질을 주입한 후, 상기 나노피펫의 하부 팁 끝부분에 상기 전해질과 같은 농도의 용액을 주입하면, 양쪽의 전해질 사이에 위치한 이온 선택성 막은 포화될 수 있다. 전해질에 존재하는 이온 (예를 들면, K+ 및/또는 Na+)들이 이온 선택성 막에 있는 이온감지물질과 결합하면서 하나의 복합체를 형성하므로 상기 이온감지물질이 포화된다. . Referring to FIG. 4, first, deionized water is injected from the upper portion of the nanopipette to the lower tip portion of the nanopipette. A membrane forming solution is injected onto the injected deionized water and dried to form an ion selective membrane. After injecting an electrolyte into the nanopipette to saturate the ion sensing material in the ion selective membrane, and injecting a solution of the same concentration as the electrolyte at the lower tip of the nanopipette, the ion selective membrane located between both electrolytes Can be saturated. The ions are saturated because the ions (eg, K + and / or Na +) present in the electrolyte combine with the ion sensing material in the ion selective membrane to form a complex. .

본 발명의 제2구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법은 (a) 이온감지물질, 고분자 지지체 및 가소제를 함유하는 막 형성 용액을 준비하는 단계; (b) 나노피펫의 팁 끝부분까지 상기 막 형성 용액을 주입하여 이온 선택성 막을 형성하는 단계; 및 (c) 나노피펫의 상부에서 나노피펫의 내부로 전해질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법은 (d) 상기 나노피펫의 하부 팁 끝부분을 단계 (c)에서 주입한 전해질과 같은 농도의 용액에 위치시키는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 상기 구현예에 따라 제조된 이온-선택적 나노피펫은 나노피펫 하부 원추형 생크에 위치한 막(conical shank membrane)을 포함할 수 있다. 상기 구현예에 따른 이온-선택적 나노피펫의 제조방법을 도 5에 나타내었다. According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of preparing an ion-selective nanopipette, comprising: (a) preparing a film forming solution containing an ion sensing material, a polymer support, and a plasticizer; (b) injecting the membrane forming solution to the tip end of the nanopipette to form an ion selective membrane; And (c) injecting an electrolyte into the nanopipette from the top of the nanopipette. The method of manufacturing an ion-selective nanopipette according to the embodiment may further comprise the step of placing the lower tip end of the nanopipette in a solution of the same concentration as the electrolyte injected in step (c). Ion-selective nanopipettes prepared according to this embodiment may comprise a membrane (conical shank membrane) located on the conical shank below the nanopipette. 5 shows a method of preparing the ion-selective nanopipette according to the embodiment.

도 5를 참고하면, 우선 나노피펫에 막 형성 용액을 주입하고, 이를 건조시켜 이온 선택성 막을 형성한다. 상기 이온 선택성 막 내의 이온감지물질을 포화시키기 위하여 나노피펫의 상부에서 나노피펫의 내부로 전해질을 주입한 후, 상기 전해질과 같은 농도의 용액에 나노피펫의 하부 팁 끝부분을 위치시키면, 양쪽의 전해질 사이에 위치한 이온 선택성 막은 포화될 수 있다. 전해질에 존재하는 이온 (예를 들면, K+ 및/또는 Na+)들이 이온 선택성 막에 있는 이온감지물질과 결합하면서 하나의 복합체를 형성하므로 상기 이온 선택성 막은 포화될 수 있다. Referring to FIG. 5, first, a membrane-forming solution is injected into a nanopipette and dried to form an ion-selective membrane. After injecting an electrolyte from the top of the nanopipette to the inside of the nanopipette to saturate the ion sensing material in the ion selective membrane, the lower tip end of the nanopipette is placed in a solution of the same concentration as the electrolyte, and both electrolytes Ion-selective membranes located in between can be saturated. The ion selective membrane can be saturated since ions (eg, K + and / or Na +) present in the electrolyte combine with the ion sensing material in the ion selective membrane to form a complex.

제3측면에 따르면, 본 발명은 이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix) 및 가소제(plasticizer)를 함유하는 막을 포함하는 나노피펫, 내부용액과 접촉하는 내부전극, 외부용액과 접촉하는 상대전극(counter electrode) 및 상기 내부전극과 상대전극을 연결하는 측정회로를 포함하고, 상기 이온감지물질은 포화된 것임을 특징으로 하는 이온 측정 장치를 제공한다. 상기 측정회로는 IV 컨버터 (current-volage converter), 상대전극에 대한 내부전극의 전압 차이를 전달하기 위한 증폭기(amplifier) 및 시그널을 검출하기 위한 검출기를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 이온 측정 장치의 일 예를 도 6에 나타내었다. According to a third aspect, the present invention provides a nanopipette comprising a membrane containing an ionophore, a polymer matrix, and a plasticizer, an internal electrode in contact with an internal solution, and a counter electrode in contact with an external solution. It includes a (counter electrode) and a measuring circuit for connecting the internal electrode and the counter electrode, the ion sensing material is provided with an ion measuring device characterized in that the saturation. The measurement circuit may include an IV converter (current-volage converter), an amplifier for transferring the voltage difference of the internal electrode relative to the counter electrode, and a detector for detecting the signal. An example of the ion measuring device according to the present invention is shown in FIG. 6.

본 명세서에서 사용된 용어 "내부 용액"은 이온 전류 시그널을 얻기 위한 전해질을 포함하는 용액을 의미한다. 상기 전해질은 유리이온을 함유하는 물질로서, 나트륨, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 클로라이드, 포스페이트 및 비카르보네이트로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 또는 그 이상 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term "inner solution" means a solution comprising an electrolyte for obtaining an ion current signal. The electrolyte is a material containing free ions, and may be selected from one or more selected from the group consisting of sodium, potassium, calcium, magnesium, chloride, phosphate, and bicarbonate, but is not limited thereto. One or more may be selected, but is not limited thereto.

본 명세서에서 사용된 용어 "외부 용액"은 측정하고자 하는 이온을 포함하는 시료용액을 의미하는 것으로, 살아있는 세포, 혈장, 및 그 밖의 체액을 포함할 수 있다. The term "external solution" as used herein refers to a sample solution containing the ions to be measured, and may include living cells, plasma, and other body fluids.

본 명세서에서 사용된 용어 "측정 회로"는 특정 이온 신호를 alternating current (AC)로 측정하는 것으로, 출력 전류는 입력 전압의 변화를 따르고, 전류의 작은 변화도 검출될 수 있다. As used herein, the term “measurement circuit” measures a particular ion signal with alternating current (AC), where the output current follows a change in the input voltage and even a small change in the current can be detected.

본 발명에 따른 포화된 이온감지물질을 함유하는 막을 포함하는 나노피펫은 이온감지물질의 종류, 이온감지물질을 포화시키는 이온의 종류에 따라 원하는 이온을 선택적으로 검출할 수 있다. 본 발명에 따른 포화된 이온감지물질을 함유하는 막을 포함하는 나노피펫은 다수의 이온을 갖는 시료용액에서 타겟 이온을 선택적으로 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 포화된 이온감지물질을 함유하는 막을 포함하는 나노피펫은 피펫 내부의 막을 재사용할 수 있다. The nanopipette including the membrane containing the saturated ion sensing material according to the present invention can selectively detect desired ions according to the kind of ion sensing material and the kind of ions that saturate the ion sensing material. The nanopipette including the membrane containing the saturated ion sensing material according to the present invention can selectively measure target ions in a sample solution having a plurality of ions. In addition, a nanopipette comprising a membrane containing a saturated ion sensing material according to the present invention can reuse the membrane inside the pipette.

이하, 발명의 이해를 돕기 위해 다양한 실시예를 제시한다. 하기 실시예는 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 발명의 보호범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, various examples are presented to help understand the invention. The following examples are merely provided to more easily understand the invention, but the protection scope of the invention is not limited to the following examples.

실시예Example

실시예Example 1. 나노피펫의 제조 1. Preparation of Nanopipettes

사용하여 필라멘트가 구비된 보로실리케이트유리 모세관(GD-1, Narishige)를 CO2 레이저를 기반으로 한 풀러(Model P-2000, Sutter Instrument)을 사용하여 100 nm의 직경을 갖는 나노피펫을 제조하였다. 이때, 사용된 풀러 설정은 다음과 같다:The nano pipette having a diameter of 100 nm was prepared using a puller (Model P-2000, Sutter Instrument) based on a CO 2 laser using a borosilicate glass capillary tube (GD-1, Narishige) equipped with a filament. The puller settings used are as follows:

Heat=350, Filament=3, Velocity=30, Delay=190, Pull=0; 및Heat = 350, Filament = 3, Velocity = 30, Delay = 190, Pull = 0; And

Heat=330, Filament=2, Velocity=27, Delay=180, Pull=250.Heat = 330, Filament = 2, Velocity = 27, Delay = 180, Pull = 250.

상기 제조된 나노피펫을 주사 전자 현미경(Scanning electron microscope, SEM)을 통하여 관찰하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. The prepared nanopipette was observed through a scanning electron microscope (SEM), and the results are shown in FIG. 7.

실시예Example 2. 막 형성 용액의 제조 2. Preparation of film forming solution

이온감지물질 [bis(12-crown-4) (Dojindo CAS 80403-59-4), PVC (Aldrich, CAS 9002-86-2), 가소제 [o-nitrophenyloctylether (Aldrich, CAS 3244-41-5)] 및 음이온 레펠러 (tetraphenylborate)를 중량비 5 : 32 : 62 : 1를 포함하는 막 형성 용액을 제조하였다. 또한, 이온감지물질로서 bis(benzo-15-crown-5) (Dojindo CAS 69271-98-3)]를 사용한 것을 제외하고는, 상기와 동일한 방법으로 막 형성 용액을 제조하였다. Ion sensing material [bis (12-crown-4) (Dojindo CAS 80403-59-4), PVC (Aldrich, CAS 9002-86-2), plasticizer [o-nitrophenyloctylether (Aldrich, CAS 3244-41-5)] And an anionic repeller (tetraphenylborate) to prepare a film forming solution comprising a weight ratio of 5: 32: 62: 1. Also, except that bis (benzo-15-crown-5) (Dojindo CAS 69271-98-3)] was used as the ion sensing material, a film forming solution was prepared in the same manner as described above.

실시예Example 3. 이온 선택성 전극(ion collector electrode)의 제조 3. Preparation of ion collector electrode

(1) 중간에 위치한 이온 선택성 막(Middle membrane collector)의 제조(1) Preparation of Middlely Located Ion Selective Membrane

실시예 1에서 제조된 나노피펫 2개를 준비하고, 탈이온수 (DI water)를 얇은 주사바늘을 이용하여 나노피펫의 상부에서 나노피펫의 하부 팁 끝부분까지 주입하였다. 그 다음, 나노피펫에 주입되어 있는 탈이온수 위에 실시예 2에서 제조한 막 형성 용액을 각각 넣고 2시간 동안 드라이박스(dry box)에서 냉각시켜 막을 형성하였다. 상기 막 위에 4×10-3 M의 염화칼륨(KCl) 및 염화나트륨(NaCl) 용액을 각각 주입하고, 동일한 용액을 나노피펫의 하부 팁 끝부분에 주입하였다. 그 다음, 이를 2일 동안 드라이박스에 보관하여, 칼륨 이온으로 포화된 칼륨 선택성 막 및 나트륨 이온으로 포화된 나트륨 선택성 막을 완성하였다. Two nanopipettes prepared in Example 1 were prepared, and DI water was injected from the top of the nanopipette to the lower tip end of the nanopipette using a thin needle. Then, each of the membrane-forming solutions prepared in Example 2 was placed on deionized water injected into the nanopipette to form a membrane by cooling in a dry box for 2 hours. 4 × 10 −3 M of potassium chloride (KCl) and sodium chloride (NaCl) solutions were respectively injected onto the membrane, and the same solution was injected into the lower tip end of the nanopipette. It was then stored in a drybox for 2 days to complete a potassium selective membrane saturated with potassium ions and a sodium selective membrane saturated with sodium ions.

(2) 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막(Conical shank membrane collector)의 제조(2) Preparation of Conical Shank Membrane Collector Located on Conical Shank

실시예 1에서 제조된 나노피펫 2개를 준비하고, 상기 나노피펫 끝부분까지 실시예 2에서 제조한 막 형성 용액을 각각 주입한 후, 2시간 동안 드라이박스에서 냉각시켜 막을 형성하였다. 이때, 나노피펫 팁 부분을 탈이온수에 담구어, 막 형성 용액이 굳지 않도록 하였다. 그 다음, 막이 형성된 나노피펫의 상부에서 나노피펫의 내부로 4×10-3 M의 염화칼륨(KCl) 또는 염화나트륨(NaCl) 용액을 주입하고, 나노피펫 끝부분 또한 같은 농도의 용액에 잠기게 하였다. 그 다음, 이를 2일 동안 드라이박스에 보관하여, 칼륨 이온으로 포화된 칼륨 선택성 막 및 나트륨 이온으로 포화된 나트륨 선택성 막을 완성하였다. Two nanopipettes prepared in Example 1 were prepared, and each of the membrane-forming solutions prepared in Example 2 was injected to the ends of the nanopipettes, and then cooled in a dry box for 2 hours to form a membrane. At this time, the nanopipette tip portion was immersed in deionized water to prevent the film forming solution from hardening. Then, 4 × 10 −3 M of potassium chloride (KCl) or sodium chloride (NaCl) solution was injected into the nanopipette from the top of the formed nanopipette, and the tip of the nanopipette was also submerged in the same concentration solution. It was then stored in a drybox for 2 days to complete a potassium selective membrane saturated with potassium ions and a sodium selective membrane saturated with sodium ions.

실험예Experimental Example 1. 본 발명에 따른  1. According to the present invention 포화된Saturated 이온감지물질을 포함하는 막을 구비하는 나노피펫의 이온 선택성 측정 결과 Ion Selectivity Measurement Results of Nanopipettes with Membranes Containing Ion Sensing Materials

(1) 중간에 위치한 이온 막의 이온 선택성 측정 (1) Measurement of ion selectivity of the ion membrane located in the middle

도 6(a)에 도시한 저전류 이온 시그널 검출 시스템을 이용하고, 도 6(b)에 도시한 방법으로 외부용액을 주입하여 실시예 3(1)에서 제조한 칼륨 이온으로 포화된 칼륨 선택성 막 및 나트륨 이온으로 포화된 나트륨 선택성 막에 대한 칼륨 및 나트륨 이온의 시그널을 측정하였다. 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8(a) 및 도 8(b)는 각각 칼륨 이온 및 나트륨 이온을 측정한 그래프이다. A potassium selective membrane saturated with potassium ions prepared in Example 3 (1) by injecting an external solution using the low current ion signal detection system shown in FIG. 6 (a) and by the method shown in FIG. 6 (b). And the signals of potassium and sodium ions on sodium selective membranes saturated with sodium ions. The results are shown in FIG. 8 (a) and 8 (b) are graphs measuring potassium ions and sodium ions, respectively.

도 8(a)로부터 알 수 있듯이, 칼륨 선택성 전극에 외부용액으로 0.1M KCl을 첨가한 경우, 시그널이 증가하였으나, 0.1M NaCl을 첨가하는 경우에는 시그널의 높이 변화가 거의 없었다. 도 8(b)로부터 알 수 있듯이, 나트륨 선택성 전극에 외부용액으로 0.1M NaCl을 첨가한 경우 시그널이 증가하였으나, 0.1M KCl을 첨가한 경우에는 시그널의 변화가 거의 없었다. 칼륨 선택성 막 및 나트륨 선택성 막의 노이즈에 대한 시그널의 비율(S/N)은 각각 1.75 및 1.06를 나타내었다. As can be seen from FIG. 8 (a), when 0.1M KCl was added to the potassium selective electrode as an external solution, the signal increased, but there was little change in the height of the signal when 0.1M NaCl was added. As can be seen from Figure 8 (b), when the 0.1M NaCl was added to the sodium selective electrode as an external solution, the signal increased, but when the 0.1M KCl was added almost no change in the signal. The ratio of signal to noise (S / N) of the potassium selective membrane and the sodium selective membrane was 1.75 and 1.06, respectively.

(2) 원추형 생크에 위치한 막의 이온 선택성 측정 (2) Ion Selectivity Measurement of Membranes Located on Conical Shanks

실험예 1(1)에서와 동일한 방법을 사용하여 실시예 3(2)에서 제조한 칼륨 이온으로 포화된 칼륨 선택성 막 및 나트륨 이온으로 포화된 나트륨 선택성 막에 대한 칼륨 및 나트륨 이온의 시그널을 측정하고, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9(a) 및 도 9(b)는 각각 칼륨이온 및 나트륨이온을 측정한 그래프이다. Using the same method as in Experimental Example 1 (1), the signals of potassium and sodium ions were measured for the potassium selective membrane saturated with potassium ions and the sodium selective membrane saturated with sodium ions prepared in Example 3 (2) The results are shown in FIG. 9. 9 (a) and 9 (b) are graphs measuring potassium ions and sodium ions, respectively.

도 9(a)로부터 알 수 있듯이, 칼륨 선택성 막에서 외부용액으로서 0.1M KCl을 첨가한 경우 시그널이 증가하였으나, 0.1M NaCl을 첨가한 경우에는 시그널의 변화가 거의 없었다. 도 9(b)로부터 알 수 있듯이, 나트륨 선택성 막에서 외부용액으로서 0.1M NaCl을 첨가한 경우 시그널이 증가하였으나, 0.1M KCl을 첨가한 경우에는 시그널의 변화가 거의 없었다. 상기 칼륨 선택성 막 및 나트륨 선택성 막의 노이즈에 대한 시그널의 비율(S/N)은 각각 21.68 및 16.57를 나타내었다. As can be seen from Figure 9 (a), the signal increased when 0.1M KCl was added as an external solution in the potassium selective membrane, but the signal was hardly changed when 0.1M NaCl was added. As can be seen from Figure 9 (b), the signal was increased when 0.1M NaCl was added as an external solution in the sodium selective membrane, but the signal was little changed when 0.1M KCl was added. The ratio of signal to noise (S / N) of the potassium selective membrane and the sodium selective membrane was 21.68 and 16.57, respectively.

상기로부터, 원추형 생크에 위치한 이온 선택성 막은 중간에 위치한 이온 선택성 막에 비해 S/N 비율이 약 15 배 이상 증가하였음을 알 수 있다. 중간에 위치한 이온 선택성 막의 경우 나노피펫의 팁 부분에 전해질이 존재한다. 따라서, 외부용액 내의 이온이 막에 도달하기 이전에 나노피펫의 팁 부분에 존재하는 전해질에 의하여 노이즈가 발생된 것으로 확인된다. From the above, it can be seen that the S / N ratio of the ion-selective membrane located in the conical shank is increased by about 15 times or more compared to the ion-selective membrane located in the middle. In the middle ion-selective membrane, the electrolyte is present at the tip of the nanopipette. Therefore, it was confirmed that noise was generated by the electrolyte present in the tip portion of the nanopipette before the ions in the external solution reached the membrane.

실험예Experimental Example 2. 원추형  2. Conical 생크Shank 막의 재현성(reproducibility) 확인 Check the reproducibility of the membrane

실험예 1과 동일한 방법을 사용하여, 실시예 3(2)에서 제조한 칼륨 선택성 막 및 이온 선택성 막 내의 이온감응성물질의 포화과정을 각각 2일, 7일 및 10일 동안 측정하고, 이를 도 10 및 도 11에 나타내었다. Using the same method as Experimental Example 1, the saturation process of the ion-sensitive material in the potassium selective membrane and the ion selective membrane prepared in Example 3 (2) was measured for 2 days, 7 days, and 10 days, respectively, And FIG. 11.

상기 도 10 및 도 11로부터 알 수 있듯이, 원추형 생크 막의 경우 2일, 7일 및 10일 후에도 타겟 이온을 선택적으로 검출할 수 있음이 확인되었다. As can be seen from FIG. 10 and FIG. 11, it was confirmed that the target ion can be selectively detected even after 2 days, 7 days and 10 days in the case of the conical shank membrane.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다. So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

Claims (8)

이온감지물질(ionophore), 고분자 지지체(matrix), 가소제(plasticizer) 및 음이온 레펠러(anion repeller)를 함유하는 이온 선택성 막을 포함하는 이온-선택적 나노피펫에 있어서,
상기 이온감지물질은 감지하는 이온으로 사전에 포화되고,
상기 이온-선택적 나노피펫은 시료 내 이온감지물질을 포화시킨 이온과 동일한 이온과의 이온 교환을 통해 전류 시그널을 발생시킴으로써 선택적 이온 측정을 가능하게 하고
상기 이온은 칼륨 이온(K+), 나트륨 이온(Na+), 칼슘 이온(Ca2+), 망간 이온(Mn2+), 구리 이온(Cu2+), 세륨 이온(Ce2+) 및 수소 이온(H+)으로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택되고,
상기 이온감지물질은 사급 암모늄염(quaternary ammonium salt), 발리노마이신(valinomycin), 모넨신(monensin), 노낙틴(nonactin), 삼급아민(tertiary amine), 금속포피린(metal porphyrin), 금속프탈로시아닌 (metal phthalocyanine), 트리플루오로아세토페논 (trifluoroacetophenone), 크라운에테르(crown ether), 다이벤조-18-크라운-6 (dibenzo-18-crown-6), 유기인계 이온감지물질 및 유기주석계 이온감지물질로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택되고,
상기 고분자 지지체는 실리콘 고무, 폴리(비스 페놀-A 카보네이트)와 폴리(디메틸사일옥세인)의 공중합체, 폴리(메틸메타크릴레이트)(PMMA), 폴리우레탄(PUR 또는 PU), 폴리에테르이미드(PEI) 및 폴리(비닐 클로라이드)(PVC)로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택되고,
상기 가소제는 비스(2-에틸헥실)세바케이트, 디옥틸 프탈레이트, 비스(1-부틸펜틸)아디페이트, 디옥틸 페닐포스페이트, 트리스(2-에틸헥실)에스테르, 및 디부틸 프탈레이트로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택되고,
상기 음이온 레펠러는 트리페닐 보론(triphenylboron), 트리스펜타플루오로페닐 보론(tris(pentafluoropheneyl)boron) 및 트리스(3,5-디(트리플루오로메틸)페닐)보론(tris(3,5-di(trifluoromethyl)phenyl)boron)로 이루어진 군으로부터 일 또는 그 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 것인, 이온-선택적 나노피펫.
An ion-selective nanopipette comprising an ion selective membrane containing an ionophore, a polymer matrix, a plasticizer and an anion repeller,
The ion sensing material is previously saturated with ions to detect,
The ion-selective nanopipette enables selective ion measurement by generating a current signal through ion exchange with the same ion as the ion that saturates the ion sensing material in the sample.
The ion is one or more selected from the group consisting of potassium ion (K +), sodium ion (Na +), calcium ion (Ca2 +), manganese ion (Mn2 +), copper ion (Cu2 +), cerium ion (Ce2 +) and hydrogen ion (H +) More than that,
The ion sensing material may be quaternary ammonium salt, valineomycin, monensin, nonactin, tertiary amine, metal porphyrin, metal phthalocyanine (metal) phthalocyanine, trifluoroacetophenone, crown ether, dibenzo-18-crow-6-6, organophosphorus ion sensor and organotin ion sensor One or more selected from the group,
The polymer support may be a silicone rubber, a copolymer of poly (bisphenol-A carbonate) and poly (dimethylsiloxane), poly (methylmethacrylate) (PMMA), polyurethane (PUR or PU), polyetherimide ( One or more selected from the group consisting of PEI) and poly (vinyl chloride) (PVC),
The plasticizer may be selected from the group consisting of bis (2-ethylhexyl) sebacate, dioctyl phthalate, bis (1-butylpentyl) adipate, dioctyl phenylphosphate, tris (2-ethylhexyl) ester, and dibutyl phthalate. Or more selected,
The anion repellers include triphenylboron, trispentafluoropheneylboron, and tris (3,5-di (trifluoromethyl) phenyl) boron (tris (3,5-di). (trifluoromethyl) phenyl) boron) is selected from the group consisting of one or more, ion-selective nanopipette.
제1항에 있어서,
상기 이온 선택성 막은 상기 나노피펫의 길이 방향으로 중앙에 위치한 것을 특징으로 하는 것인, 이온-선택적 나노피펫.
The method of claim 1,
Wherein the ion selective membrane is centrally located in the longitudinal direction of the nano pipette.
제1항에 있어서,
상기 이온 선택성 막은 상기 나노피펫 하부 원추형 생크에 위치한 것을 특징으로 하는 것인, 이온-선택적 나노피펫.
The method of claim 1,
Wherein said ion selective membrane is located on said nanopipette lower conical shank.
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