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Synthesis of Electroactive Poly pyrrole Derivatives ... · To develope new t ype biosensors for protein detecting on the basis of non-metalli c electrodes, we tr ied to synthesize

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Biomaterials Research (2007) 11(1) : 51-58

51

Biomaterials

Research

C The Korean Society for Biomaterials

생체소자에의 응용을 위한 전기적 활성을 갖는 폴리피롤 유도체/고분자 전해질

복합체의 합성

Synthesis of Electroactive Polypyrrole Derivatives/PolyelectrolytesComplex for the Purpose of Multifunctional Bio-devices Application

배홍기1·이주형

2·김지흥

4·정동준

1,3,*

Hong Ki Bae1, Joo Hyeung Lee2, Ji-Heung Kim4, and Dong June Chung1,3,*

1성균관대학교 공과대학 고분자시스템공학과, 2LG화학 기술연구원, 3

서울대학교 지능형생체계면공학 연구센터4성균관대학교 공과대학 화학공학과1Department of Polymer Science and Engineering, SungKyunKwan University, Suwon 440-746, Korea2LG Chem. Research Center, Daejeon 305-380, Korea 3Intellectual Biointerface Engineering Center, Seoul National University, Seoul 110-749, Korea4Department of Chemical Engineering, SungKyunKwan University, Suwon 440-746, Korea(Received December 13, 2006/Accepted February 9, 2007)

To develope new type biosensors for protein detecting on the basis of non-metallic electrodes, we tried to synthesizeCOOH group containing pyrrole monomer(located on the 3 positioned carbon of pyrrole) and polymerize to highmolecular weight film. Then we also synthesized α,ω-NH2 terminated polyelectrolyte and coupled with COOH con-taining polypyrrole film using DCC(N,N'-dicyclohexyl carbodiimide). Synthesized polymer composite film having neg-ative charged polymeric chain showed repeated responses which were derived from electric oxidation/reductionsignals. The introduction of polyelectrolyte to the polypyrrole surface was confirmed by quatrz crystal equipped withgalvanostat, and by the CV(cyclic voltammogram) measurement of polypyrrole-polyelectrode film under the variousgalvanostat conditions. We could observe the mass change of the polymeric complex by ion transportation throughthe swelled/deswelled polymeric chains of polyelectrolyte according to the electric oxidation/reduction signals. Theseresponses could be detected by the mass changes on quartz crystals inducing ion trapping in swelled/deswelled poly-meric chains of polyelectrolyte which was bounded to polypyrrole film through covalent bonding. Therefore this sys-tem can be applied to simulate the selective protein adsorption and desorption on the surface of biomaterials in livingbody with very usefulness and stable controllability.

Key words: COOH containing pyrrole, α,ω-NH2 terminated polyelectrolyte, Electroactive, Bio-devices

서 론

도성 고분자에 생체 분자를 도입하여 미약한 생체 내

신호를 감지할 수 있는 바이오 센서의 개발에 최근 많

은 연구가 수행되고 있다. 이를 위해 전도성 고분자 표면에 생

체 분자를 도입시키는 방법들이 보고되었으며, 일례로 공유결

합에 의한 부착법1,2)을 들 수 있는데, 이는 관능기(-COOH)를

갖는 효소를 polypyrrole 표면에 coupling 반응에 의해서 도입

하여 단백질과 전도성 고분자 사이에 직접적 전자전달 반응을

가능하도록 하는 것이다. 이외에도 짝이온을 이용하는 방법3)

그리고 술폰기를 갖는 다당류나 음전하를 가진 단백질을 짝이

온의 형태로 도입하는 방법도 가능하다고4,5) 보고되었다. 이러

한 polypyrrole의 응용범위로는 현재 실용화에 이른 플라스틱

리튬이온전지로부터 각종 전자소자, 그리고 biosensor6)에 이르

기까지 그 응용범위는 점차 확대되고 있다.

본 연구의 선행연구7,9-11)에서는 상술한 개념에 근거하여 바

이오 센서의 구축을 목적으로 다음의 실험을 진행하였다.

Polypyrrole complex의 전기 화학적 합성을 위한 dopant로써

감열성 polyelectrolyte인 poly(NiPAAm-co-X-co-Y)(X: Butyl-

methacrylate, Diethylaminoethyl methacrylate, Y: Acrylic acid,

Itaconic acid)를 합성한 후, cyclic voltammogram(CV)을 통한

polypyrrole complex의 전기적 활성을 관찰하기 위해,

polypyrrole의 종류 및 조성 변화, cyclic voltammogram

(CV) 측정 시 온도 변화, working electrode의 변화 등에 따

른 산화/환원 전위 부가시의 ion mobility에 의한 mass

change를 비교하였다. 또한 각각의 경우에 대한 morphology는

SEM, AFM을 통하여 관찰하였다.

이들 결과로부터 외부 자극에 응답 가능한 전도성 고분자 복*책임연락저자: [email protected]

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52 배홍기·이주형·김지흥·정동준

Biomaterials Research 2007

합체의 합성이 확인되어, 본 연구에서는 polypyrrole의 표면에

-COOH를 갖는 고분자 필름을 전기 화학적으로 중합하였고,

이를 이용하여 말단에 -NH2를 갖는 고분자 전해질(ptBA-bAPS)

을 종전의 polypyrrole과 polyelectrolyte 사이의 정전기적인

결합과는 다른 방법인 공유결합을 이용하여 polypyrrole에 도

입시켰다. 따라서 polypyrrole film 표면에 공유결합으로 연결

되어 있는 고분자 전해질(ptBA-bAPS)들은 기존의 도전성 고분

자를 이용한 biosensing 과정과는 달리 전압인가에 의한 전기

적 산화·환원 반응으로 탈부착이 불가능하므로, 이에 기인하

여 신호 응답성이 민감해져 기존의 시스템에서는 필연적인 전

해질의 탈부착 과정에 수반되는 감지 정도(sensitivity)의 저하를

방지할 수 있다.

이런 시스템을 이용하게 되면 검지 대상 물질과의 착체 형

성이 안정적으로 가능하게 되어, 착체 형성 여부에 따라 전도

성 고분자 복합체의 산화·환원 거동 변화(즉 mass change)를

고감도로 측정 가능하므로, 궁극적으로는 분자 수준에서 발생

되는 분자인식과 같은 미약한 신호의 biosensing도 보다 안정

된 시스템 조건하에서 가능하게 되어 noise가 감소된 signal을

얻을 수 있을 것이다. 본 연구의 결과는 미세한 신호 변화에도

감응할 수 있는 바이오센서 및 각종 생체 전자소자에로의 적

용도 가능할 것으로 기대된다.

재료 및 방법

시료 및 시약

Carboxyl group이 치환된 pyrrole monomer를 합성하기 위

한 시약들은 다음과 같다. N-acetonyl phthalimide와 diethyl

oxalacetate sodium salt는 Aldrich(St. Louis, Mo, USA)사로

부터 1등급 시약을 구입하여 정제 없이 사용하였다. 전기 화

학적 중합에 필요한 pyrrole(Acros Organics., Morris Plains,

NJ, USA)은 감압 증류시킨 뒤 빛을 차단시킨 채로 냉장 보관

한 다음, 일정량을 취하여 사용하였다. Coupling 시약인 N,

N'-dicyclohexyl carbodiimide(DCC, Tokyo Kasei, Tokyo,

Japan) 및 여타의 용매들은 1등급 시약을 구입하여 정제 없이

사용하였다.

실험장치

Pyrrole의 전기 화학적 중합과 CV 측정을 위한 장치들의

모식도는 Figure 1과 같으며 3-electrode system 하에서 실

험하였다. Working electrode로는 금(Au), 백금(Pt), 그리고

stainless steel을 사용하였고, 이때 백금과 stainless steel은 합

성 전 polishing 과정과 tetrachloroethylene에 1시간 동안 담

그는 rinsing 과정을 반드시 거친 후 사용하였다. Pyrrole의 전

기중합 및 cyclic voltammogram 측정은 EQCN-600(ELCHEMA

사, Potsdam, NY, USA)과 Potentiostat(Pine instrument사

EG&G, Grove City, PA, USA)를 이용하였다.

3-Carbethoxy-4-methylpyrrole의 합성12)

N-acetonylphthalimide(50.0 g)와 H20(75 ml), HCl(150

ml)를 3-neck flask에 넣고서 reflux 장치를 부착하여, 90-

100oC의 반응 온도로 4시간 동안 반응 시켰다. 반응 완료

후, 준비된 NaOH(10 w/w%) 수용액을 이용하여 용액의 pH

를 1.5로 조정하였다. 이때 침전되는 phthalic acid(1st

filtering material)는 filtering하여 제거하였다. 남은 solution은

다음 step에 이용하였다(1st product). Diethyloxalacetate

sodium salt(45.0 g)와 H2O(400 ml)를 섞은 용액을 먼저 제

조하고, 제조된 용액을 one-neck flask에 넣고 75oC로 유지하

면서 이 용액에 1차 product를 서서히 첨가시켰다. 2시간 동

안 교반시킨 다음, NaOH(10 w/w%) 수용액을 이용하여 pH

5로 조정하였다. 2차 product를 얻기 위해 상온에서 12시간

동안 충분히 방치시킨 후, 생성된 침전물은 2-3회에 걸쳐 여과

하여 2차 product 용액을 얻었고, 이는 다시 NaOH(10 w/

w%) 수용액을 이용하여 pH 5에서 pH 8로 조정한 다음, 그

용액을 75oC에서 30분 동안 가열하였다. 가열된 용액은 묽은

HCl(1 v/v% solution)을 이용하여 pH 8에서 pH 3으로 재

산성화 시켰다. 재 산성화 과정을 거친 용액은 다시 냉장 보관

Figure 1. The diagram for the electro polymerization (a), 3-electrodesystem (b), and chemical scheme of electro polymerization (c).

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생체소자에의 응용을 위한 전기적 활성을 갖는 폴리피롤 유도체/고분자 전해질 복합체의 합성 53

Vol. 11, No. 1

한 다음, 2-3회 여과하여 침전물인 (2-carboxy-3-carbethoxy-

4-methylpyrrole)을 얻을 수 있었다. KOH(4.4 g)와 H2O(12.5

ml)를 섞은 용액에 2nd step의 최종 product(67.0 g)를 첨가

한 후, 24시간 동안 reflux 시켰다. 반응 후 용액은 진한

H2SO4를 이용하여 pH 9로 조정하였고, 충분한 시간동안 방치

시킨 후, 여과하여 침전물을 제거하였다. 얻어진 용액은 다시

HCl(1 v/v% solution) 10 ml를 첨가하여 pH 3으로 재산성

화 하고 충분한 시간 동안 냉장 보관한 다음, 2-3회에 걸쳐

서 침전된 물질을 여과시켜 최종 product인 3-carboxy-4-

methylpyrrole을 얻었다. 이상의 반응 과정을 Figure 2에 나타

내었다.

Figure 2. Chemical scheme for the synthesis of pyrrole-COOH monomer.

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54 배홍기·이주형·김지흥·정동준

Biomaterials Research 2007

합성 단량체의 특성 분석

치환시킨 pyrrole monomer 및 이에 관련된 중간 단계의

물질들은 Varian사 1H-NMR(Unity Inova 500 MHz, Ger-

many)을 이용하여 dimethyl sulfoxide-d6 ((CD3)2SO)에 용해

시켜서 측정하였고, 각 단계에서 합성된 물질들은 KBr Pellet

방법으로 Unicam사 Mattson 5000 FT-IR spectrometer

(Model : GL-5020, Wisconsin, USA)를 이용하여 확인하였다.

Differential Scanning Calorimetry(DSC, TA instrument,

USA)를 이용하여 합성된 단량체의 융점을 측정하여 문헌에 보

고된 값과 비교하였다.

Substituted pyrrole의 중합 및 polypyrrole film에

ptBA-bAPS의 도입

치환시킨 pyrrole monomer(sub-pyrrole)를 단분자 전해질을

이용하여 전기 화학적으로 중합시킨 다음, DCC를 이용해 당

연구실에서 합성한 ptBA-bAPS8,9)를 polypyrrole film에 도입시

키는 과정은 Figure 3에 나타내었다.

Sub-pyrrole monomer (0.2 g)를 단분자 전해질(0.1M KCl)

에 용해시키고, 일정 전류 하에서 약 20분간 전기 화학적으로

중합시켰다. 그리고 DCC 0.4 g을 methanol 100 ml에 녹여

10oC에서 5시간 동안 교반 시켰다. 교반이 끝난 후, 작용기로

-NH2를 갖는 고분자전해질인 ptBA-bAPS(0.1 g)의 methanol

용액 100 ml를 전극이 설치되어 있는 cell에 첨가하고

galvanostat으로 20분간 상온 하에서 일정 전류를 흘려주면서

ptBA-bAPS의 도입되는 정도를 mass 변화를 통하여 확인하였

다. ptBA-bAPS의 측쇄에 존재하는 ester기를 가수분해하기 위

하여 0.1N NaOH solution에 5시간 동안 반응시킨 다음, 가

수분해 전과 가수분해 후의 CV 비교를 통해 가수분해 여부를

확인하였다.

ptBA-bAPS가 도입된 polypyrrole의 cyclic voltammo-

gram 측정

Polypyrrole/고분자 전해질 complex의 cyclic voltammogram

은 potentiostat 조건에서 실행하였다. 일정 시간 동안 전압을

인가(-0.8V~+0.5V; polypyrrole/고분자 전해질 complex의 산

화/환원 전위에 해당)하고 이에 따른 polypyrrole과 고분자전해

질과의 complex에서 발생하는 mass 변화를 EQCN을 이용하

여 확인하였다. 이때 sweep rate를 20 mV/sec로 고정하여

실험하였으며, working electrode로는 10 MHz의 quartz cell

과 백금(Pt) 그리고 stainless steel(Ss)을 이용하였고, counter

electrode로는 백금을, 그리고 reference electrode로는 Ag/

AgCl/KCl(sat)를 사용하였다. CV 측정을 위해서 사용된 단분자

전해질은 0.1 M의 NaClO4를 이용하였다.

결과 및 고찰

2-Carboxy-3-carbethoxy-4-methylpyrrole의 합성 확인

2-Carboxy-3-carbethoxy-4-methylpyrrole의 합성 여부는 FT-

Figure 3. The chemical reascions for ptBA-bAPS to polypyrrole complex.

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생체소자에의 응용을 위한 전기적 활성을 갖는 폴리피롤 유도체/고분자 전해질 복합체의 합성 55

Vol. 11, No. 1

IR 및 NMR 측정을 통하여 확인하였다. 두 spectra로부터

-OH, -COOH, 그리고 N-H에 대한 특성 peak들의 존재를

확인할 수 있었다. 또한 2-carboxy-3-carbethoxy-4-methyl-

pyrrole의 녹는점을 DSC를 통하여 확인하였고(data not

shown), 기 보고된 결과(195.7~196.8)와 유사한 결과를 얻을

수 있었다. Polypyrrole이 이론적으로 중합이 될 때 2, 3 커

플링 반응보다 2, 5 커플링 반응이 더 쉽게 일어나기 때문에

전기 화학적 중합에 이용하기 위한 pyrrole monomer는 2-

position의 작용기를 3-position으로 전이시킨 다음 중합에 이

용하였다.

3-Carboxy-4-methylpyrrole의 합성 확인

전기 화학적 중합에 이용하기 위한 최종 product에 대한 분

석은 FT-IR/NMR/DSC 측정 및 최종적으로 전기 화학적 중합

의 가능 여부로 확인하였다.

FT-IR 측정 결과는 Figure 4에 나타내었고, NMR 측정

결과는 Figure 5에 나타내었다. 전 단계의 product에서 처럼

-COOH, -NH, -CH3 등에 기인하는 특성 peak들이 관찰되었

으며 (1720 cm-1, 3200 cm-1, 2900 cm-1) 특히 2-carboxy-

3-carbethoxy-4-methylpyrrole의 경우에는 12.25 ppm에서 나

타났던 -OH peak와 4.29 ppm에 나타났던 carbethoxy의

methyl기에 의한 peak가 3-carboxy-4-methylpyrrole에서는

-OH peak가 11.1 ppm으로 shift 되었고, carbethoxy의

methyl기에 의한 peak는 소멸되었음을 확인할 수 있었다. 합

성된 product의 녹는점을 DSC를 통하여 확인한 결과 melting

point는 243로서, pyrrole-2-carboxylic acid의 mp가 209로

보고된 것을 감안하면, -COOH 기의 도입 및 -CH3기의 위치

이동으로 인한 융점의 상승효과가 발현된 것으로 사료된다.

Figure 6에서는 두 개의 흡열 peak이 관찰되었는데 첫 번째의

peak은 융점에 대한 정보를 그리고 나머지 peak은 monomer

의 degradation peak로 사료된다. 이것은 first heating

temperature range를 변화시켜 측정한 여타의 결과로 부터도

확인할 수 있었다. 이렇게 3-position에 carboxylic group이

치환된 pyrrole monomer(sub-pyrrole)의 합성이 확인되었다.

Sub-pyrrole을 이용한 전기 화학적 중합

Sub-pyrrole의 전기 화학적 중합

상기에서 확인된 치환된 pyrrole monomer(0.2 g)를 0.1M

KCl 수용액에 용해시킨 후, 일정 전류 하에서 약 20분간 전기

화학적 중합을 한 결과, 치환되지 않은 pyrrole monomer을

중합하는 경우와 동일하게 전극 위에 검은 색깔을 띠는

Figure 4. IR spectra of 2-carboxy-3-carbethoxy-4-methylpyrrole (a)and 3-carboxy-4-methylpyrrole (b).

Figure 5. 1H-NMR spectra o 2-carboxy-3-carbethoxy-4-methylpyrrole(a) and 3-carboxy-4-methylpyrrole (b).

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56 배홍기·이주형·김지흥·정동준

Biomaterials Research 2007

polypyrrole의 film이 형성되는 것으로 확인할 수 있었다. 중합

과정에서 생성되는 polypyrrole로 인한 mass change는 Figure

7에 나타내었으며, 동일한 중합조건 하에서 미치환 pyrrole

monomer를 이용한 경우와 비교해 보면, 생성량은 약 4000ng

정도 감소하였는데(data not shown), 이는 미치환 pyrrole

monomer에 비해 3, 4-position에 위치한 치환기가 중합과정에

서 입체적 장애를 유발하여 중합과정에서 인접한 sub-pyrrole

의 2,5 커플링 반응을 방해한 것으로 사료된다.

Polypyrrole film에 ptBA-bAPS의 도입

중합된 polypyrrole 표면에 존재하는 -COOH 기를 DCC로

활성화 시킨 다음, ptBA-bAPS의 amine 기와 반응시켜 도입하

였고, Figure 8에서 보여지는 것처럼 약 20분 동안 4000 ng

정도의 mass 변화가 관찰된 점으로 미루어 보아 치환된

polypyrrole film에 -NH2 작용기를 갖는 ptBA-bAPS가 도입되

었음을 확인하였다.

도입된 polypyrrole complex의 CV

이처럼 ptBA-bAPS가 도입된 polypyrrole film에 부가되는

전위에 따른 산화/환원 정도와 ptBA-bAPS가 도입된 후, ptBA-

bAPS 측쇄에 존재하는 tert-butyl 말단기를 -COOH로 가수분

해 시킨 다음, redox reaction을 비교해 보았다. CV에 대한

결과는 Figure 9에 그리고 산화 환원에 따른 mass change는

Figure 10에 나타내었다. Figure 9에서는 이온 결합을 위한

Figure 6. DSC thermogram of 3-carboxy-4-methylpyrrole. 1st heat-ing temp.range : 50-260oC, Heating rate : 10 oC/min(1st) and 10oC/min (2nd), Cooling : 5 oC/min(1st).

Figure 7. Electrochemical polymerization of sub-pyrrole using 0.1 MKCl aqueous solution. Pyrrole concentration : 0.5 w/v%, Workingelectrode : Quartz cell, Temp : 22oC.

Figure 8. The introduction of ptBA-bAPS to sub-polypyrrole film.Introduction time : 20 min, Working electrode : Quartz cell, Solution: Methanol (100 ml)+ptBA-bAPS (0.1 g), Temp : 22oC.

Figure 9. Cyclic voltammogram of PPy/ptBA-bAPS in solution ofmethanol/KCl. Sweep rate : 20 mv/sec, Solution of E.C.P : Metha-nol+KCl, ME of C.V : Methanol+KCl, Working electrode : Quartzcell.

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생체소자에의 응용을 위한 전기적 활성을 갖는 폴리피롤 유도체/고분자 전해질 복합체의 합성 57

Vol. 11, No. 1

site가 존재하는 ptBA-bAPS의 측쇄를 -COOH로 변환시킨 경

우가 그렇지 못한 경우보다 산화와 환원 활성이 양호하게 나

타났는데, 이는 저자의 이전 논문9)에서 기술되었듯이 다음과

같이 설명될 수 있다.

Figure 10의 결과로부터, 인가되는 전위에 따른 전기적 산화

및 환원의 정도와 활성도는 ptBA-bAPS의 측쇄인 에스테르기는

미약한 극성만을 나타내므로 가수분해 반응 전에는 polypyrrole

의 산화 및 환원을 나타내는 CV 피크가 -0.4와 -0.2 V 부근

에서 뚜렷하게 나타나지 않았다. 이는 ptBA-bAPS라는 거대분

자가 미하전 상태로 polypyrrole 표면에 결합되어 있어 산화·

환원 전위인가에 따른 전해질로부터의 이온의 출입이 방해되었

기 때문으로 사료된다.9) 한편 ptBA-bAPS의 측쇄인 에스테르를

가수분해하여 측쇄를 -COOH 기로 전환시킨 경우에는 산화

및 환원에 의한 CV 피크가 뚜렷하게 나타나는데, 이는 ptBA-

bAPS의 측쇄에 존재하는 음전하의 영향으로 전해질로부터의 이

온들의 출입이 촉진된 결과에 기인한다.9) 즉, 전도성 고분자

필름 표면에 도입된 고분자 전해질이 polypyrrole의 전기적 활

성에 영향을 미침을 확인하였고 고분자 전해질이란 거대분자

가 표면에 존재함에도 불구하고 전해질분자에 포함된 음전하

의 영향으로 인해 polypyrrole의 전기적활성은 유지됨을 알

수 있었다.

이상의 결과로부터 polypyrrole film 표면에 공유결합으로 연

결되어 있는 고분자 전해질(ptBA-bAPS)들은 화학결합으로 인하

여 전압인가에 의한 전기적 산화·환원 반응으로 탈부착이 불

가능하므로, 안정적인 검지 대상 물질과의 착체 형성이 가능하

게 되고, 착체 형성 여부에 따라 전도성 고분자 복합체의 산

화·환원 거동 변화(즉 mass change)가 기대 가능하므로, 이

런 현상을 이용하면 분자 수준에서 발생되는 분자인식과 같은

미약한 신호의 biosensing도 보다 안정된 시스템 조건하에서

가능하게 되어 noise가 감소된 signal을 얻을 수 있을 것으로

기대된다. 나아가서, pyrrole의 농도, 전류, polyelectrolyte의

전하(+ 혹은 -) 등을 조절하면 더 나은 산화 환원 거동을 보

이는 즉, 전기적 활성이 더 좋은 polypyrrole complex를 제

조할 수 있을 것이다.

결 론

전도성 고분자인 3, 4위치에 치환기(-CH3 및 -COOH)를

갖는 polypyrrole을 단분자 전해질을 이용하여 중합하였다. 그

리고 이들의 관능기를 이용하여 α,ω에 관능성기를 갖는 음이

온성 고분자를 화학적 결합으로 도입한 다음, 산화 환원 전류

인가에 따른 질량변화를 검토하여 다음의 결론을 얻었다.

Carboxylic group이 pyrrole의 3위치에 치환된 monomer를

합성하여 단분자 전해질을 이용하여 합성한 결과 polyelec-

trolyte를 이용하여 미치환 pyrrole monomer를 중합시킨 경우

보다 낮은 합성 정도를 보였으며, 이것은 pyrrole monomer의

3, 4 위치에 관능기가 존재하여 중합과정에서 장애요인으로 작

용한 것이다.

한편 DCC를 이용하여 polypyrrole 표면에 존재하는

carboxyl group에 양말단에 -NH2 그룹을 갖는 고분자 전해질

을 도입하였고, 이 과정은 galvanostat 조건하에서 전극의

mass change를 추적하여 확인 가능하였다.

CV 측정 결과를 통해서는 고분자 전해질의 산화 환원 반응

에 수반되어 탈부착되는 이온들의 mass change를 확인할 수

있었다. 이들 결과들을, biosensor의 제작 시 문제가 되는 분

자 level의 미약 신호에도 감응할 수 있는 능력들을 개선시킬

수 있을 것이다. 또한 pH, 온도 및 하전상태의 변화에 대응하

여 최대의 응답을 보일 수 있는 다 기능성 hydrogel 바이오

센서로의 응용도 가능하며, 본 시스템을 이용한 biosensing에

관한 연구는 수행 중에 있다.

감사의 글

이 논문은 한국과학재단지원 우수연구센터 “지능형 생체계면

공학 연구센터”의 연구수행 결과임.

참고문헌

1. N. C. Foulds and C. R. Lowe, “Immobilization of glucoseoxidase in ferrocene-modified pyrrole polymers,” Anal. Chem.,60, 2473-2478 (1988).

2. F. Garnier, H. K. Youssoufi, P. Srivastava, and A. Yassar, “Enzymerecognition by polypyrrole functionalized with bioactive pe-ptides,” J. Am. Chem. Soc., 116, 8813-8814 (1994).

3. W. Lu, H. Zhao, and G. G. Wallace, “Detection of cytochrome cusing a conducting polymer mediator containing electrode,”Electroanalysis, 8, 248-252 (1996).

4. O. A. Sadik, M. J. John, G. G. Wallace, D. Banett, C. Clarke, andD. G. Larry, “Pulsed amperometric detection of thaumatin usingantibody-containing poly(pyrrole) electrodes,” Analyst, 119,1997-2000 (1994).

Figure 10. Reversible mass change of sub-polypyrrole complex afterthe introduction of ptBA-bAPS Working electrode : Quartz cell, Solu-tion : Methanol (30 ml) + KCl (5 ml), Temp : 23oC.

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58 배홍기·이주형·김지흥·정동준

Biomaterials Research 2007

5. S. B. Adeloju, S. J. Shaw, and G. G. Wallace, “Polypyrrole-basedpotentiometric biosensor for urea : Part 2. Analytical optimisa-tion,” Anal. Chem. Acta., 281, 621-627 (1993).

6. C. Kranz, H. Wohlschläger, H.-L. Schmidt, and W. Schuhmann,“Controlled electrochemical preparation of amperometric bio-sensors based on conducting polymer multilayers,” Electroanalysis,10, 546-552 (1998).

7. J. H. Lee, J. Y. Bae, and D. J. Chung, “Studies on the applicationof multifunction polymeric materials for bio-deivce,” Polymer(Korea), 23, 129-136 (1999).

8. A. Shefer, A. J. Grodzinsky, K. L. Prime, and J.-P. Busnel, “Free-radical telomerization of tert-butylacrylate in the presence ofbis(4-Aminophenyl) disulfide as a useful route to amino-

terminated telomers of poly(acrylic acid),” Macromolecules, 26,2240-2245 (1993).

9. S. H. Jeong, J. Y. Bae, J. H. Kim, and D. J. Chung, “Synthesis ofelectroactive polythiophene derivatives and its application forbiointerface (I),” Polymer(Korea), 26, 28-36 (2002).

10. Y. H. Lee, W. S. Shim, and D. S. Lee, “Charactristic change ofpolypyrrole composites with variation of the polyelectrolyte,”Polymer(Korea), 23, 587-596 (1999).

11. W. S. Shim and D. S. Lee, “Electroactive and temperature-sensitive hydrogel composites,” J. Appl. Polym. Sci., 74, 311-321(1999).

12. R. E. Lancaster Jr. and C. A. VanderWerf, “An improved synthesisof 3-methylpyrrole,” J. Org. Chem., 23, 1208-1209 (1958).