기능기가 도입된 산화철 자성나노입자(γ-Fe2O3)를 이용한 Tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II) 전기화학발광센서

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Electrochemical behavior and electrogenerated chemiluminescence(ECL) of Ru(bpy)32+(tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II)) immobilized in the multilayers of poly(3-thiopheneacetic acid)-stbilized magnetic nanoparticles(γ-Fe2O3) coated on a Pt electrode have been investigated. The multilayers of poly(3-thiopheneacetic acid)-stbilized magnetic nanoparticles(γ-Fe2O3) can be easily formed on a Pt electrode by an external magnet. Ru(bpy)32+ can be immobilized in those multilayers through electrostatic interaction between Ru(bpy)32+ and carboxylate of 3-thiopheneacetic acid(3TA) at pH 7.0. However, Ru(bpy)32+ was not stably bound to the films because the electrostatic interaction between Ru(bpy)32+ and -COO- of 3TA is not so strong as Nafion widely used for the immobilization of Ru(bpy)32+. In order to overcome this shortcoming, the same amount of Ru(bpy)32+ has been re-immobilized at the surface of the electrode under the identical condition even though the multilayers-modified electrode surface already contains Ru(bpy)32+. The re-immobilization step was completed in a short period time within 5 min because of the fast diffusion rate of Ru(bpy)32+ into the multilayers of poly(3-thiopheneacetic acid)-stbilized magnetic nanoparticles(γ-Fe2O3). So in this research, the present solid-state Ru(bpy)32+ ECL sensor based on the magnetic nanoparticles has been evaluated in terms of sensitivity, detection limit and long-term stability.The present Ru(bpy)32+ ECL sensor with the re-immobilization approach showed improved ECL sensitivity for TPrA compared to pure Nafion films. The sensor showed that the limit of detection was 49 nM TPrA and linear range was 0.5×10-3 ~ 1 mM. In addition, it its expected that the present ECL sensor exhibit good long-term stability as long as the magnetic nanoparticles stayed on the electrode surface because magnetic nanoparticles are quite stable under any circumstances compared to other materials.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 입자표면에 기능기를 도입한 자성나노입자와의 정전기적 인력을 통해 전기화학발광 물질인 Ru(bpy)32+(tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II))를 전극표면에 고정시켰으며, 이러한 Ru(bpy)32+ 고정시스템의 분석물질에 대한 전기화학발광 특성을 알아보았다.전기화학발광법에서 많이 사용되는 Ru(bpy)32+는 전기화학발광 결과 원래의 상태로 되돌아올 수 있는 재생성을 가지고 있다. 따라서 이것을 전극표면에 고정시키게 되면 반영구적인 Ru(bpy)32+의 재사용이 가능해지며, 값비싼 Ru(bpy)32+의 소모를 줄임으로써 비용이 절감되고 실험 설계가 간단해질 수 있는 장점을 가지게 된다.본 연구에서는 Ru(bpy)32+를 전극표면에 고정시키기 위하여 넓은 표면적을 가진 자성나노입자를 사용하였다. γ-Fe2O3 자성나노입자(maghemite)는 유기용매 상에서 DDA(dodecylamine)를 계면활성제로 사용하여 합성하였고, 산화제 KMnO4를 이용하여 입자표면 위에 3TA(3-thiopheneacetic acid)의 중합체를 형성함으로써 기능기를 도입하였다. 상자성을 띠고 있는 γ-Fe2O3 자성나노입자는 외부자기장에 대한 유동성을 지니고 있다. 따라서 이러한 자성나노입자의 성질을 바탕으로 영구자석을 이용하여 기능기를 도입한 자성나노입자를 전극표면에 고정시키게 되면 자성나노입자와의 정전기적 인력을 통해 Ru(bpy)32+를 전극표면에 고정할 수 있게 된다.이러한 Ru(bpy)32+ 고정시스템에서 분석물질 TPrA(tri-n-propylamine)에 대한 전기화학발광 측정 결과, TPrA의 검출한계는 49 nM로 나타났다. 이는 기존의 Nafion막과 비교하여 약 20 배 낮은 검출한계를 가짐을 알 수 있었다. 또한 TPrA의 선형검출범위는 5.0×10-4 ~ 1.0 mM로서 Nafion/sol-gel 복합막과 비슷한 결과를 나타냈다. 이러한 결과들은 모두 자성나노입자의 넓은 표면적과 입자와 입자사이의 넓은 공간에 의해서 나타난 것임을 기대할 수 있다.