인듐 주석 산화물 센서를 이용한 전류 적정법 기반의 무선 통신이 가능한 소형화된 전기화학 분석기 개발

Abstract

We developed a portable three-electrode electrochemical amperometric analyzer, which can transmit result data to a PC or smart tablet via Bluetooth communication, and we conducted experiments with an indium tin oxide (ITO) glass electrode to confirm the performance reliability. This analyzer uses a current-to-voltage (I/V) converter to convert the micro-current from the reduction and oxidation (redox) reaction of the ITO electrode with a buffer solution into a voltage. This signal is then digitized in the processor. The configuration of the power and ground of the printed circuit board (PCB) layer is divided into digital and analog parts to minimize the noise interference of each part. The analyzer has a size of 5.9 × 3.25 cm^2. A potential of 0~2.1 V can be applied between the working and counter electrodes, and the analyzer has a current resolution of 0.4 nA. This study demonstrated the accuracy of the analyzer by measuring the ruthenium concentration in 10 mM phosphate-buffered saline (PBS) with pH 7.4. The measured data could be transmitted to a PC or smart device such as a smart phone or tablet PC using the included Bluetooth module. This device is powered by a 3.7 V, 120 mAh lithium polymer battery and can be operated for 60 mins, including data processing and wireless communication, once fully charged.|본 연구에서는 블루투스 통신이 가능하고 전기화학 신호를 측정할 수 있는 전류 적정 기반의 휴대용 3전극 전기화학 분석기를 개발하였으며 인듐 주석 산화물로 제작된 유리 전극을 이용하여 실험을 진행하였다. 이 전기화학 신호분석기 는 인듐 주석 산화물 센서의 산화-환원 반응으로부터 일어나는 미세 전류를 전류-전압 변환기를 통해 전압으로 변환하여 주 처리장치에 입력되는 구조이다. 아날로그 부분과 디지털 부분으로 분리하고 PCB 층의 전원과 접지의 구조를 용도에 따라 분리함으로써 잡음으로 인한 간섭을 최소화 하였으며 분석기의 크기는 5.9 x 3.25 cm^2 작은 크기로 제작하였다. 전극에 0~2.1 V의 전압을 인가할 수 있으며, 해상도는 0.4 nA를 갖는다. 10 mM의 인산염 버퍼용액 (pH 7.4) 속 루테늄의 농도 별 실험을 통해 전류 적정 기반 분석기의 정확도를 확인하였다. 블루투스가 탑재되어 있어 측정된 결과를 무선으로 데스크탑 또는 스마트폰에 전송이 가능하다. 전원은 3.7 V, 120 mAh 리튬 폴리머 전지를 사용하였으며 한번 충전으로 데이터 처리 및 통신을 포함하여 60분 동안 디바이스의 동작이 가능하다.