하이드로 젤, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 pH 감지 센서{HYDROGEL, MANUFACTURE MATHOD THEREOF, AND pH SENSOR USING THE SAME}
본 발명은 하이드로 젤, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 pH 감지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 pH 필름 종이 등을 대체하여 지속적으로 재사용할 수 있고 다양한 적용이 가능한, 시료의 pH 값에 따라 가역적으로 고유의 색을 발현시키는 하이드로 젤과 이를 이용한 pH 감지 센서에 관한 것이다.
pH의 측정 내지 감지 기술은 다양한 기술 분야에서 요구되는 기술이다. 종래 pH를 측정하거나 감지하기 위해 pH 필름 종이가 널리 사용되어 왔다. 그러나, pH 필름 종이가 구입이 용이하고 사용이 간단하다는 점은 별론으로, 어느 정도의 습기를 함유하고 있는 시료나 액체 상태에 시료에만 제한적으로 사용 가능하여 공기 오염 감지, 수분을 함유하고 있지 않은 시료의 pH 측정, 강산이나 강염기의 누출 사고 감지 등에 적용하기 곤란하였으며, 한 번 사용하면 재사용이 불가능하고 다른 분야에의 추가적인 활용 혹은 적용이 어려워 센서로서의 기능을 발휘하는데 미흡하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 pH 종이 필름을 대체하여 광범위한 시료의 pH를 측정할 수 있고, 지속적인 재사용이 가능하며, 도포 내지 코팅이 용이한 젤 형태를 취하여 다양한 분야에 적용 가능한 하이드로 젤 및 이를 이용한 pH 감지 센서를 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 하이드로 젤에 있어서, 상기 하이드로 젤은 카르복실기(Carboxyl group)가 포함된 다당류 고분자(Polysaccharide)에, 적어도 하나 이상의 히드록시기(Hydroxyl group)가 결합된 방향족 작용기가 함유된 제1 유기물질이 펩티드(peptide) 결합으로 접합된 고분자 복합체; 및 적어도 하나 이상의 히드록시기가 결합된 방향족 작용기가 함유된 제2 유기물질을 포함하는 유기 염료;를 포함하며, 시료의 pH 값에 따라 가역적으로 다른 색이 발현되고, 망상 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이드로 젤을 제공한다. 이때, 상기 다당류 고분자는 알지네이트(Alginate)일 수 있으며, 상기 고분자 복합체와 상기 유기 염료의 상기 방향족 작용기는 카테콜기(Catechol group)일 수 있다. 또한, 상기 제1 유기물질은 도파민(Dopamine)이며, 상기 고분자 복합체는 하기 화학식 1의 화합물인 것이 바람직하다. <화학식 1> 상기 화학식 1에서, m, n은 양의 실수이며, 0 < m, n < 1 이고, m + n = 1 이다. 또한, 상기 제2 유기물질은 피로카테콜 바이올렛(Pyrocatechol violet)일 수 있으며, 상기 고분자 복합체와 상기 유기 염료는 10 : 1 ~ 1000 : 1의 비율(w(㎎) : v(㎖))로 혼합된 것이 바람직하다. 또, 상기 고분자 복합체의 상기 카테콜기 치환도는 1.3 ~ 2.0 %인 것이 바람직하다. 본 발명은 또한, 상술한 바와 같은 하이드로 젤이 시료 감지 부위에 코팅된 것을 특징으로 하는 pH 감지 센서를 제공하며, 유체가 흐르는 채널이 포함된 미세유체장치에 있어서, 상기 채널 내부에 상술한 바와 같은 하이드로 젤이 고정된 것을 특징으로 하는 pH 센싱 미세유체장치도 제공한다.
한편, 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따라 하이드로 젤의 제조방법에 있어서, 완충 용액에 카르복실기가 포함된 다당류 고분자를 용해시키는 단계(S10); 상기 고분자 용액에, 유기 용매와 가교제(Cross-linker)가 혼합된 가교제 용액을 투입하는 단계(S20); 상기 가교제 용액이 투입된 고분자 용액에, 유기 용매와 적어도 하나 이상의 히드록시기가 결합된 방향족 작용기가 함유된 1 유기물질이 혼합된 유기 용액을 투입하여 반응시키는 단계(S30); 반응 생성물인 고분자 복합체를 수득하는 단계(S40); 및 상기 고분자 복합체와, 적어도 하나 이상의 히드록시기가 결합된 방향족 작용기가 함유된 제2 유기물질을 포함하는 유기 염료를 혼합하는 단계(S50);를 포함하며, 시료의 pH 값에 따라 가역적으로 다른 색이 발현되고, 망상 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 하이드로 젤의 제조방법을 제공한다. 이때, 상기 다당류 고분자는 알지네이트(Alginate)이고, 상기 고분자 복합체와 상기 유기 염료의 상기 방향족 작용기는 카테콜기(Catechol group)인 것바람직하다. 또한, 상기 제1 유기물질은 도파민(Dopamine)이며, 상기 고분자 복합체는 하기 화학식 1의 화합물인 것이 바람직하다. <화학식 1> 상기 화학식 1에서, m, n은 양의 실수이며, 0 < m, n < 1 이고, m + n = 1 이다. 상기 유기 염료는 피로카테콜 바이올렛(Pyrocatechol violet)일 수 있으며, 유기 염료 혼합단계(S50)에서, 상기 고분자 복합체와 상기 유기 염료를 10 : 1 ~ 1000 : 1의 비율(w(㎎) : v(㎖))로 혼합하는 것이 바람직하다. 또, 상기 가교제는 카보이미드계 화합물인 것이 바람직하며, 상기 가교제는 EDC/NHS (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride / N-hydroxysuccinimide) 커플링제인 것이 더욱 바람직하다. 상기 완충 용액은 인산완충식염수 (Phosphate buffer saline, PBS)일 수 있으며, 가교제 용액 투입단계(S20) 및 반응단계(S30)에서, 상기 유기 용매는 메탄올인 것이 바람직하고, 수득단계(S40)는, 분별 증류를 통해 메탄올을 제거하는 단계(S41); 및 탈이온수에 용해시켜 투석(dialyze)시킨 후 냉동 건조하는 단계(S42);를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 바와 같은 본 발명의 하이드로 젤, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 pH 감지 센서는, ① 젤 상태로 제조되므로 시료의 제한 없이 광범위한 측정이 가능하며, 다양한 곳에 도포 내지 코팅이 가능하여 다양한 산업 분야에 적용할 수 있고, ② 산성, 염기성에 따라 변색이 가역적으로 일어나므로 재사용 및 지속적인 사용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하이드로 젤이 형성되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 합성된 고분자 복합체의 표면 구조를 촬영한 SEM 사진이다.
도 3은 합성된 고분자 복합체의 NMR 성분 분석 결과 그래프이다.
도 4는 합성된 고분자 복합체와 알지네이트에 대한 FT-IR 분석 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 하이드로 젤이 각각의 pH에 대하여 다른 색을 발현하는 모습을 촬영한 사진이다.
도 6은 본 발명의 고분자 복합체(Alg-C)와, 이에 유기 염료(PV)가 결합된 하이드로 젤(Alg-C-PV) 간의 FT-IR 비교 결과 그래프이다.
도 7은 좌측부터 물과 피로카테콜 바이올렛의 혼합물, 트리스 완충액(Tris buffer)과 피로카테콜 바이올렛의 혼합물 및 본 발명의 하이드로 젤에 1M의 NaOH를 첨가하여 시간이 경과함에 따라 변색 정도가 변화하는 것을 촬영한 사진이다.
도 8은 본 발명의 하이드로 젤이 중성에서 염기성으로 변화(pH 7에서 9로 변화)함에 따라 색이 변화하는 것을 촬영한 사진과, 파장에 따른 UV-Vis 흡수 피크(peak) 그래프이다.
도 9는 강산성(1M의 HCl)에서부터 강염기성(1M의 NaOH)에 이르기까지 본 발명의 하이드로 젤의 UV-Vis 스펙트라 흡수 피크(peak) 그래프이다.
도 10은 강산과 강염기를 교대로 첨가하여 pH 값을 강산과 강염기로 각각 다섯번씩 변화시켰을 때 UV-Vis의 최대 피크가 강산의 경우 550nm로, 강염기의 경우 650nm로 변화하지 않는 것을 측정한 결과 그래프이다.
도 11은 다양한 pH 조건 하에서 알지네이트 하이드로 젤에 칼슘이 함유된 물질(Alg-Ca)과, 알지네이트에 카테콜이 접합된 본 발명의 고분자 복합체 하이드로 젤(Alg-C)의 접합강도(Adhesion strength)(a)와 모듈러스(Modulus)(b)를 측정한 결과 그래프이다.
도 12는 다양한 기판(좌측부터 아크릴수지 기판, PDMS 기판, 폴리스티렌 기판, 금 기판, 유리 기판, FTO유리 기판)의 표면에 본 발명의 하이드로 젤을 도포하고, 산성과 염기성 용액(좌측 3개는 산성, 우측 3개는 염기성)을 드로핑(dropping)한 것을 촬영한 사진이다.
도 13은 본 발명의 하이드로 젤을 채널 내에 고정시킨 미세유체장치의 모식도이다.
도 14는 본 발명의 하이드로 젤을 채널 내에 고정시킨 미세유체장치에 강산(5M의 HCl, 0.02㎖/s) 혹은 강염기(5M의 NaOH, 0.02㎖/s)를 흘려주었을 때, 시간이 경과함에 따라 하이드로 젤이 변색되어 가는 과정을 촬영한 사진이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. "제 1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
먼저, 본 발명은 시료의 pH 값에 따라 가역적으로 다른 색이 발현되는 하이드로 젤을 제공한다. 본 발명의 하이드로 젤은 고분자 복합체와 유기 염료가 혼합되어 형성된다. 도 1에 본 발명의 하이드로 젤이 형성되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다. 상기 고분자 복합체는 카르복실기가 포함된 다당류 고분자에, 적어도 하나 이상의 히드록시기가 결합된 방향족 작용기가 함유된 제1 유기물질이 펩티드 결합으로 접합된 형태의 화합물인 것이 바람직하다. 고분자 기지와 히드록시기를 갖는 방향족 작용기가 함유된 유기물을 이용함으로써 분자 수준에서의 강한 결합력을 가지는 망상 구조의 하이드로 젤을 형성할 수 있다. 또한, 하나 이상의 히드록시기를 갖는 방향족 작용기가 함유된 유기물은 금속-작용기 결합, 수소 결합, π-π 결합 등 금속이나 유·무기 물질들과 강한 결합을 형성할 수 있으므로, 본 발명의 하이드로젤을 다양한 분야에 접목시키는 것이 용이하다. 상기 고분자 복합체에서, 다당류 고분자는 알지네이트(alginate)인 것이 바람직하다. 알지네이트는 하기 화학식 2의 화합물로서 알긴산 또는 alginic acid라고도 명명되며, 조류로부터 추출된 다당류(polysaccharide)로서 각종 바이오 물질로 활용되고 있는 고분자 물질이다. <화학식 2> 또한 고분자 복합체에서, 적어도 하나 이상의 히드록시기가 결합된 방향족 작용기는 하기 화학식 3의 화합물인 카테콜기(Catechol gruop)인 것이 바람직하다. 진화의 결과로서 살아있는 유기체는 매우 특이한 물질 특성을 갖는데, 이 중 홍합은 젖은 환경에서도 강한 접착력의 표면 특성을 지닌다. 홍합 유래 접착물질 성분 중 카테콜은 방수 접착 특성이 있어 매우 중요한 유기물로 각종 산업에 활용되고 있으며, 카테콜 함유 저분자 및 고분자는 다양한 나노 및 바이오 기술에 응용될 수 있다. <화학식 3> 이때 상기 카테콜기를 함유하는 제1 유기물질은 하기 화학식 4의 화합물인 도파민(Dopamine)인 것이 바람직하다. 도파민은 화학식의 C 8 H 11 NO 2 으로, L-타이로신에서 도파(dopa: 3,4-다이하이드록시페닐라민)의 탈탄산화(decarbokylation)에 의하여 체내에서 생산되는 신경전달물질이다. <화학식 4> 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이드로 젤의 제조방법을 살펴보면, 먼저 완충 용액에 카르복실기가 포함된 다당류 고분자, 구체적으로는 알지네이트를 용해시키고(S10), 이에 유기 용매와 가교제(Cross-linker)가 혼합된 가교제 용액을 투입한다(S20). 상기 가교제는 카르복실기가 함유된 전구체 물질과 아민기가 함유된 전구체 물질에 존재하는 카르복실기(-COOH)와 이민기(-NH 2 )를 활성화시켜 이들 간의 펩티드(peptide) 결합을 형성시키기 위한 활성화제 내지 커플링제를 의미한다. 상기 가교제로는 카보이미드(carboimide)계 화합물을 사용하는 것이 바람직하며, EDC/NHS (1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride / N-hydroxysuccinimide) 커플링제를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 가교제 용액이 투입된 이 후, 유기 용매와 제1 유기물질, 구체적으로는 도파민이 혼합된 유기 용액을 투입하여 반응시킨다(S30). 상기 가교제의 도움을 받아 도파민의 아민기와 알지네이트의 카르복실기 간에 펩티드 결합이 이루어져, 하기 화학식 1의 화합물인 고분자 복합체가 형성된다. <화학식 1> 상기 화학식 1에서, m, n은 양의 실수이며, 0 < m, n < 1 이고, m + n = 1 이다. 이때 고분자 복합체에서 카테콜기 치환도는 1.3 ~ 2.0 %인 것이 바람직하다. 상기 "치환도"는 고분자 복합체에서 카테콜기가 치환될 수 있는 사이트(site)의 총 개수 대비 실제로 치환된 개수 즉, 전체 치환 가능성(chance) 대비 실제 치환된 정도를 의미하는 용어이다. 카테콜기 치환도가 1.3% 미만인 경우에는 치환도가 미미하여 본 발명의 하이드로 젤의 특성(character)을 발현하기에 부족하며, 추후 카테콜기를 포함하는 유기 염료와의 결합으로 하이드로 젤이 형성되기에 충분하지 못하고, 2.0%를 초과하는 경우에는 과도한 치환으로 인해 형성되는 포어(pore)의 개수나 크기가 작아져 충분한 비표면적을 획득할 수 없고, 물을 함유하는 성질(Swelling property)이 떨어지고, 기계적인 경도나 탄성이 작아져 젤 특성이 악화되는 문제가 있다. 도 2는 합성된 고분자 복합체의 표면 구조를 촬영한 SEM 사진이다. 이러한 표면 구조로 인하여, 모세관 효과에 의해 유기 염료 등을 침투시키기에 적합하며, 휘발성이 작아 오랜 시간 동안 변색 상태를 유지할 수 있도록 수분 함유가 가능하다. 또한, 도 3은 합성된 고분자 복합체의 NMR 성분 분석 결과 그래프이며, 도 4는 합성된 고분자 복합체와 알지네이트에 대한 FT-IR 분석 결과 그래프이다. 도 3과 4를 볼 때, 알지네이트에 카테콜기가 정상적으로 접합 되었음을 알 수 있다. 반응을 통해 형성된 고분자 복합체를 수득한 후(S40), 제2 유기물질, 구체적으로는 피로카테콜 바이올렛을 포함하는 유기 염료와 혼합하여 본 발명의 하이드로 젤을 형성한다.(S50) 고분자 복합체를 수득하는 단계(S40)는 다양한 방식이 차용될 수 있으나, 바람직하게는 일정 시간 반응 후에 저압 조건 하에서 분별 증류를 통해 메탄올을 제거하고, pH 약 5 이하로 조절된 탈이온수에 용해시킨 다음, 일정 시간동안 투석시킨 후 냉동 건조시켜 수득할 수 있다. 피로카테콜 바이올렛(Pyrocatechol violet)은 하기 화학식 5의 화합물로, 설포프탈레인계 색소의 일종으로서, 청녹색 금속광택을 갖는 어두운 적자색의 결정성 분말의 형태로 취급되는 물질이다. 흡습성이 뛰어나 물에 잘 녹고, 에탄올무수물이나 유기용매에 녹기 어렵다. 금속 지시약으로서 Zn 2 + , Cd 2 + , Ga 3 + , In 3 + , Mg 2 + , Pb 2 + 등의 전이금속이온 킬레이트 적정에 사용된다. 양이온 계면활성제와 병용하여 고감고 흡광광도 분석 시약으로도 널리 쓰인다. <화학식 5> 본 발명의 고분자 복합체와 유기 염료는 10 : 1 ~ 1000 : 1의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 비율은 고분자 복합체의 무게(w) : 유기 염료의 부피(v) 의 비율이며, 무게의 단위는 ㎎이고, 부피의 단위는 ㎖이며, 상기 유기 염료의 농도는 1mM인 것이 바람직하다. 고분자 복합체와 유기 염료의 혼합비가 상기 비율 미만인 경우에는 고분자 복합체의 농도가 미미하여 충분한 기계적 경도나 점도 값을 획득할 수 없어 하이드로 젤 특성을 충분히 구현할 수 없으며, 상기 비율을 초과하는 경우에는 고분자 복합체의 농도가 과도하여 제조되는 젤이 너무 딱딱하고 점도가 높아 도포하거나 코팅하는데 부적합하다는 문제가 있다. 도 5는 본 발명의 하이드로 젤이 각각의 pH에 대하여 다른 색을 발현하는 모습을 촬영한 사진이다. 이렇듯, 본 발명의 하이드로 젤은 기본적인 색상(중성)은 노란색이며 강산으로 갈수록 붉게, 강염기로 갈수록 어두운 녹색으로 변색되어 시료의 pH 정도를 육안으로 식별할 수 있다. 또한, 도 6은 본 발명의 고분자 복합체(Alg-C)와, 이에 유기 염료(PV)가 결합된 하이드로 젤(Alg-C-PV) 간의 FT-IR 비교 결과 그래프이다. 이를 통해 유기 염료가 고분자 복합체에 정상적으로 함침된 것을 알 수 있다. 본 발명의 하이드로 젤은 고분자 복합체의 다공성 구조와 분자 수준에서의 강한 결합력으로 인해 pH에 따른 변색을 오랫동안 유지할 수 있는 장점이 있다. 이와 관련하여, 도 7은 좌측부터 물과 피로카테콜 바이올렛의 혼합물, 트리스 완충액(Tris buffer)과 피로카테콜 바이올렛의 혼합물 및 본 발명의 하이드로 젤에 1M의 NaOH를 첨가하여 시간이 경과함에 따라 변색 정도가 변화하는 것을 촬영한 사진이다. 도 7을 참고할 때, 본 발명의 하이드로 젤은 다른 지시약 용액과 비교하여 더욱 오랜 시간동안 변색 상태를 유지할 수 있다. 본 발명의 하이드로 젤이 시료의 pH에 따라 색이 변화하는 것에 대해 구체적으로 실험을 통해 측정하였다. 도 8은 본 발명의 하이드로 젤이 중성에서 염기성으로 변화(pH 7에서 9로 변화)함에 따라 색이 변화하는 것을 촬영한 사진과, 파장에 따른 UV-Vis 흡수 피크(peak) 그래프이고, 도 9는 강산성(1M의 HCl)에서부터 강염기성(1M의 NaOH)에 이르기까지 본 발명의 하이드로 젤의 UV-Vis 스펙트라 흡수 피크(peak) 그래프이다. 또한, 본 발명의 하이드로 젤은 "가역적"으로 시료의 pH 변화를 감지하여 변색될 수 있으므로 재사용 및 지속적인 사용이 가능한 장점이 있다. 도 10은 강산과 강염기를 교대로 첨가하여 pH 값을 강산과 강염기로 각각 다섯번씩 변화시켰을 때 UV-Vis의 최대 피크가 강산의 경우 550nm로, 강염기의 경우 650nm로 변화하지 않는 것을 측정한 결과 그래프이다. 이를 볼 때, 본 발명의 하이드로 젤은 가역적으로 pH 감지가 가능하여 재사용이 가능한 것을 알 수 있다.
이하 본 발명의 하이드로 젤, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 pH 감지 센서에 대한 실시예를 살펴본다. 그러나 이는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
<하이드로 젤의 제조> 하기와 같은 혼합물 1 내지 3을 준비하였다. 혼합물 1 : 500 mg의 알지네이트 (분자량 25,000)와 pH 7.5의 인산완충식염수(PBS) 100㎖에 용해시켰다. 혼합물 2 : 750mg의 EDC를 30㎖의 메탄올에 용해시켰다. 혼합물 3 : 1g의 도파민을 30㎖의 메탄올에 용해시켰다. 상기 혼합물 1 내지 3을 1,2,3의 순서로 혼합하여 24시간 동안 반응시켰다. 이로부터 얻은 반응 생성물을 80℃, 저압 조건 하에서 분별 증류를 통해 메탄올을 제거하였다. 이후 pH 약 5 이하로 조절된 탈이온수에 용해시킨 다음, 탈이온수에 대하여 24시간 투석시킨 후 냉동 건조시켜 500mg의 고분자 복합체를 수득하였다. 수득된 고분자 복합체(Alg-C) 100mg에 대하여 1mM 농도의 피로카테콜 바이올렛(PV) 용액 10㎖를 혼합하여 최종적인 하이드로 젤을 제조하였다.
<하이드로 젤의 기계적 물성 실험> 실시예 1을 통해 제조된 하이드로 젤을 이용하여 기계적 물성을 측정하는 실험을 수행하였다. 도 11은 다양한 pH 조건 하에서 칼슘이 함유된 종래의 알지네이트 하이드로 젤(Alg-Ca)과, 알지네이트에 카테콜이 접합된 본 발명의 고분자 복합체 하이드로 젤(Alg-C)의 접합강도(Adhesion strength)(a)와 모듈러스(Modulus)(b)를 측정한 결과 그래프이다. 도 11을 참고할 때, 각각 pH 3, 7, 10 조건 하에서 본 발명의 하이드로 젤은 접합 강도 및 탄성이나 점성에 있어서 우수한 젤 특성을 지니는 것을 확인할 수 있다.
<하이드로 젤의 적용예> 실시예 1을 통해 제조된 하이드로 젤은 카테콜기가 포함된 망상구조의 유기화합물이므로 각종 소재에 접합 및 코팅이 용이한 장점이 있다. 도 12는 다양한 기판(좌측부터 아크릴수지 기판, PDMS 기판, 폴리스티렌 기판, 금 기판, 유리 기판, FTO유리 기판)의 표면에 본 발명의 하이드로 젤을 도포하고, 산성과 염기성 용액(좌측 3개는 산성, 우측 3개는 염기성)을 드로핑(dropping)한 것을 촬영한 사진이다. 이렇듯, 본 발명의 하이드로 젤은 고분자 소재의 기판, 금속 소재의 기판에 더하여, 무기물 소재의 기판에 이르기까지 다양한 소재의 기판에 용이하게 도포 및 코팅이 가능하여, 각종 산업 분야에 적용이 용이하다. 한편, 일 적용례로서 본 발명의 하이드로 젤을 유체가 지나가는 채널 측에 고정시킨 미세유체장치(microfluidic device)를 제조하여, 채널 내부로 흐르는 시료 용액의 pH를 실시간으로 확인할 수 있는 pH 센서로 활용할 수 있다. 도 13은 본 발명의 하이드로 젤을 채널 내에 고정시킨 미세유체장치의 모식도이고, 도 14는 본 발명의 하이드로 젤을 채널 내에 고정시킨 미세유체장치에 강산(5M의 HCl, 0.02㎖/s) 혹은 강염기(5M의 NaOH, 0.02㎖/s)를 흘려주었을 때, 시간이 경과함에 따라 하이드로 젤이 변색되어 가는 과정을 촬영한 사진이다. 도 13 및 14를 참고할 때, 본 발명의 하이드로 젤을 미세유체장치에 접목시켜 시료의 pH를 간단하고 신속하게 측정할 수 있는 pH 감지 키트로 활용할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다. |
