양면 인쇄법을 이용한 중금속 검출용 3D 종이 기반 분석장치 제작
Fabrication of 3D Paper-based Analytical Device Using Double-Sided Imprinting Method for Metal Ion Detection
최진솔(전남대학교); 정헌호(전남대학교)
28권 4호, 323~330쪽
초록
미세유체 종이-기반 분석 장치는 최근 현장 진단 및 환경 물질 감지를 포함한 다양한 적용가능성으로 주목을 받고 있다. 본 연구는 적은 비용과 간단한 검출 방법으로 중금속을 빠르게 검출할 수 있는 3D-PAD를 제작하기 위해 PDMS 양면 인쇄 방법을제안하였다. 3D-PAD 디자인은 레이저 커팅으로 아크릴 스탬프에 적용할 수 있으며, 제작된 스탬프에 PDMS 고분자를 스핀코팅 후 양면접촉인쇄 방식 도입을 통해 3차원 형태의 소수성 장벽 형성에 필요한 조건을 확인하였다. 구체적으로 소수성 장벽 형성 조건인 고분자 농도, 스핀 코팅 속도 및 접촉 시간에 따라 PDMS 소수성 장벽 면적과 친수성 채널의 면적 변화를 분석함으로써 3D-PAD 제작 공정 조건 최적화를 수행하였다. 최적화된 PAD로 니켈, 구리, 수은 이온, pH를 다양한 농도에서 검출하였고 이를 ImageJ 프로그램으로 분석하여 grayscale 값으로 정량화 하였다. 이를 통해 3D-PAD를 제작함으로써 특별한분석 기기 없이 다양한 중금속 비색 검출을 수행함으로써 조기진단 바이오 센서로의 응용 가능성을 증명하였다. 이 3D-PAD 는 휴대가 간편한 다중 금속이온 검출 바이오센서로서, 신속한 현장 모니터링이 가능하므로 개발도상국 같은 자원이 제한된지역에서 유용하게 사용 가능하다.
Abstract
Microfluidic paper-based analytical devices (PADs) have recently been in the spotlight for their applicability in point-of-care diagnostics and environmental material detection. This study presents a double-sided printing method for fabricating 3D-PADs, providing simple and cost effective metal ion detection. The design of the 3D-PAD was made into an acryl stamp by laser cutting and then coating it with a thin layer of PDMS using the spin-coating method. This fabricated stamp was used to form the 3D structure of the hydrophobic barrier through a double-sided contact printing method. The fabrication of the 3D hydrophobic barrier within a single sheet was optimized by controlling the spin-coating rate, reagent ratio and contacting time. The optimal conditions were found by analyzing the area change of the PDMS hydrophobic barrier and hydrophilic channel using ink with chromatography paper. Using the fabricated 3D-PAD under optimized conditions, Ni2+, Cu2+, Hg2+, and pH were detected at different concentrations and displayed with color intensity in grayscale for quantitative analysis using ImageJ. This study demonstrated that a 3D-PAD biosensor can be applied to detect metal ions without special analysis equipment. This 3D-PAD provides a highly portable and rapid on-site monitoring platform for detecting multiple heavy metal ions with extremely high repeatability, which is useful for resource-limited areas and developing countries.
- 발행기관:
- 한국청정기술학회
- 분류:
- 화학공학