KR101996723B1 - Electrode, biofuel cell and its preparing method - Google Patents

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KR101996723B1 KR1020170089802A KR20170089802A KR101996723B1 KR 101996723 B1 KR101996723 B1 KR 101996723B1 KR 1020170089802 A KR1020170089802 A KR 1020170089802A KR 20170089802 A KR20170089802 A KR 20170089802A KR 101996723 B1 KR101996723 B1 KR 101996723B1
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Abstract

본 발명은 전극, 이를 이용한 생체연료전지, 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극은 탄소나노튜브 섬유 (CNT Fiber)로 이루어진 중심체(10), 중심체(10)의 외주면을 둘러싸는 기초층(20), 금속 나노입자를 포함하고, 기초층(20)의 외주면을 둘러싸는 나노입자층(31), 및 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고, 나노입자층(31)의 외주면을 둘러싸는 단분자층(33)을 포함한다.The present invention relates to an electrode, a biofuel cell using the same, and a method of manufacturing the same. The electrode according to the present invention includes a core body 10 made of carbon nanotube fibers (CNT fiber), a base surrounding the outer periphery of the core body 10 A nanoparticle layer 31 including metal nanoparticles and surrounding the outer circumferential surface of the base layer 20 and a monomolecular material having an amine group, the monomolecular layer 31 surrounding the outer surface of the nanoparticle layer 31, (33).

Description

전극, 이를 이용한 생체연료전지, 및 이의 제조방법{ELECTRODE, BIOFUEL CELL AND ITS PREPARING METHOD}ELECTRODE, BIOFUEL CELL AND ITS PREPARING METHOD, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

본 발명은 전극, 이를 이용한 생체연료전지, 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄서나노튜브 섬유에 금속 나노입자를 코팅하여 전극을 제조하고, 이를 생체연료전지에 적용하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode, a biofuel cell using the biofuel cell, and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a technique for manufacturing electrodes by coating metal nanoparticles on a tongue or a nodule fiber and applying the same to a biofuel cell .

생체연료전지(biofuel cell, BFC)는 연료를 바이오 물질을 이용하거나, 연료를 산화시키는데 바이오 촉매를 이용하는 연료전지의 한 종류이다. 이러한 생체연료전지는 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 주로 심박조율기, 신경 자극기, 약물전달 펌프 등과 같은 이식용 바이오메디컬 기기의 전원으로 기대를 받고 있다. Biofuel cells (BFCs) are a type of fuel cell that uses biomass as a fuel or uses a biocatalyst to oxidize the fuel. Such a biofuel cell is expected to be a power source for implantable biomedical devices such as a pacemaker, a neurostimulator, a drug delivery pump, and the like, as disclosed in the patent documents of the following prior art documents.

생체연료전지의 전자전달은 효소반응 (enzymatic reaction)과 전극반응 (electrode reaction)의 연결방법에 따라 크게 매개전자전달 (mediated electron transfer, MET)과 직접전자전달 (direct electron tranfer, DET)로 나뉜다. MET는 효소의 활성부위가 산화되어 나온 전자가 용액에서 자유롭게 존재하는 매개체 (mediator)의 산화환원반응을 이용하여 전자를 전달하는 방식이고, DET는 산화되어 나온 전자가 직접 전극으로 이동하여 전자전달이 되는 방식이다.Electron transport of biofuel cells is divided into mediated electron transfer (MET) and direct electron transfer (DET) depending on the connection between enzymatic reaction and electrode reaction. MET is a method of transferring electrons through the oxidation and reduction reaction of a mediator in which electrons released from the oxidized active site of the enzyme are freely present in the solution. DET is a method in which electrons transferred from the oxidized electrode directly move to the electrode, .

MET 기반 생체연료전지는 오스뮴 (osmium), 루테늄 (ruthenium), 철 (iron) 등을 매개체로 사용하여 성능이 뛰어나다. 그러나 생체에 이식되는 경우에 전자전달 매개체의 유출로 인한 독성, 매개체의 불안전성, 및 복잡한 합성 단계를 거치면서 발생하는 고비용이 문제된다. MET based biofuel cells have excellent performance using osmium, ruthenium, and iron as intermediates. However, when transplanted into a living body, there is a problem of poisoning due to the electron transfer mediator outflow, instability of the mediator, and high cost arising from complicated synthesis steps.

이에 최근에는 DET 기반의 생체연료전지에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 DET 기반인 경우에, MET를 기반으로 하는 경우보다, 전극의 성능이 상대적으로 매우 낮기 때문에 이에 대한 개선책이 마련되어야 하는 실정이다.Recently, interest in DET-based biofuel cells is increasing. However, in the case of the DET based electrode, the performance of the electrode is relatively lower than that of the MET based electrode.

KRKR 10-2009-004079710-2009-0040797 AA

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 탄소나노튜브 섬유의 외주면에 층상자기조립법으로 금속 나노입자를 코팅하여 전도성의 정도를 제어할 수 있는 전극을 제공한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide an electrode capable of controlling the degree of conductivity by coating metal nano- .

또한, 본 발명의 다른 측면은 탄소나노튜브 섬유 기반의 전극을 캐소드 및 애노드에 적용하여, 전력생성 성능이 향상된 생체연료전지를 제공하는데 있다.Another aspect of the present invention is to provide a biofuel cell in which a carbon nanotube fiber-based electrode is applied to a cathode and an anode to improve power generation performance.

본 발명에 따른 전극은 탄소나노튜브 섬유 (CNT Fiber)로 이루어진 중심체; 상기 중심체의 외주면을 둘러싸는 기초층; 금속 나노입자를 포함하고, 상기 기초층의 외주면을 둘러싸는 나노입자층; 및 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고, 상기 나노입자층의 외주면을 둘러싸는 단분자층;을 포함한다.The electrode according to the present invention comprises a core body made of carbon nanotube fibers (CNT fiber); A base layer surrounding an outer peripheral surface of the central body; A nanoparticle layer comprising metal nanoparticles and surrounding an outer circumferential surface of the base layer; And a monomolecular layer containing a monomolecular material having an amine group and surrounding the outer peripheral surface of the nanoparticle layer.

또한, 본 발명에 따른 전극에 있어서, 상기 탄소나노튜브 섬유는 카르복실기 (COOH)로 기능화된다.In the electrode according to the present invention, the carbon nanotube fiber is functionalized with a carboxyl group (COOH).

또한, 본 발명에 따른 전극에 있어서, 상기 기초층은, PEI 폴리머를 포함한다.Further, in the electrode according to the present invention, the base layer includes a PEI polymer.

또한, 본 발명에 따른 전극에 있어서, 상기 금속 나노입자는, 금, 은, 알루미늄, 구리, 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다.Further, in the electrode according to the present invention, the metal nanoparticles include at least one selected from the group consisting of gold, silver, aluminum, copper, and platinum.

또한, 본 발명에 따른 전극에 있어서, 상기 단분자 물질은, 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoehylamine), TREN)이다.Further, in the electrode according to the present invention, the monomolecular substance is tris (2-aminoethylamine) (TREN).

또한, 본 발명에 따른 전극에 있어서, 상기 나노입자층에 상기 단분자층이 적층된 이중층의 나노복합체 박막이, 다수 개 적층된다.Further, in the electrode according to the present invention, a plurality of double-layered nanocomposite films in which the single-molecular layer is laminated on the nanoparticle layer are laminated.

한편, 본 발명에 따른 생체연료전지는 탄소나노튜브 섬유 전극, 효소를 포함하고 탄소나노튜브 섬유 전극의 단분자층의 외면에 배치되는 효소층, 및 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고 상기 효소층의 외면에 배치되는 링커층을 포함하는 애노드; 및 탄소나노튜브 섬유 전극을 포함하는 캐소드;를 포함한다.Meanwhile, the biofuel cell according to the present invention comprises a carbon nanotube fiber electrode, an enzyme layer containing an enzyme and disposed on an outer surface of a monolayer of a carbon nanotube fiber electrode, and a monomolecular material having an amine group, An anode including a linker layer disposed on the anode; And a cathode including a carbon nanotube fiber electrode.

또한, 본 발명에 따른 생체연료전지에 있어서, 상기 효소는, 글루코스 산화효소 (glucose oxidase), 및 프룩토스 탈수소 효소 (D-fructose dehydrogenase)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함한다.Also, in the biofuel cell according to the present invention, the enzyme includes at least one selected from the group consisting of glucose oxidase and D-fructose dehydrogenase.

또한, 본 발명에 따른 생체연료전지에 있어서, 상기 링커층의 단분자 물질은, 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoehylamine), TREN)이다.Further, in the biofuel cell according to the present invention, the monomolecular substance of the linker layer is tris (2-aminoethylamine) (TREN).

또한, 본 발명에 따른 생체연료전지에 있어서, 상기 효소층에 상기 링커층이 적층된 이중층의 산화층이, 다수 개 적층된다.In the biofuel cell according to the present invention, a plurality of double-layer oxide layers in which the linker layer is laminated on the enzyme layer are laminated.

한편, 본 발명에 따른 전극 제조방법은 (a) 폴리머가 용해된 용액에, 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 기초층을 코팅하는 단계; (b) 금속 나노입자가 용해된 용액에, 상기 기초층이 코팅된 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 나노입자층을 코팅하는 단계; 및 (c) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 상기 나노입자층이 코팅된 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 단분자층을 코팅하는 단계;를 포함하여, 상기 탄소나노튜브 섬유의 외면에, 상기 나노입자층에 상기 단분자층이 적층된 이중층의 나노복합체 박막을 형성한다.Meanwhile, a method for manufacturing an electrode according to the present invention comprises the steps of: (a) coating a base layer by immersing carbon nanotube fibers in a solution in which a polymer is dissolved; (b) immersing the carbon nanotube fibers coated with the base layer in a solution in which the metal nanoparticles are dissolved, thereby coating the nanoparticle layer; And (c) immersing the carbon nanotube fibers coated with the nanoparticle layer in a solution in which a monomolecular material having an amine group is dissolved, thereby coating a monolayer; And a nanocomposite thin film of the double layer in which the monomolecular layer is laminated is formed on the nanoparticle layer.

또한, 본 발명에 따른 전극 제조방법에 있어서, 상기 나노복합체 박막이 다수 개 형성되도록, 상기 (b) 단계, 및 상기 (c) 단계를 순차적으로 반복한다.Also, in the method of manufacturing an electrode according to the present invention, the step (b) and the step (c) are sequentially repeated so that a plurality of the nanocomposite thin films are formed.

한편, 본 발명에 따른 생체연료전지 제조방법은 (a) 폴리머가 용해된 용액에, 2개의 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 각각에 기초층을 코팅하는 단계; (b) 금속 나노입자가 용해된 용액에, 상기 기초층이 코팅된 각각의 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 나노입자층을 코팅하는 단계; (c) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 상기 나노입자층이 코팅된 각각의 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 단분자층을 코팅하는 단계; (d) 효소가 용해된 용액에, 상기 단분자층이 코팅된 어느 하나의 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 효소층을 코팅하는 단계; 및 (e) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 상기 효소층이 코팅된 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 링커층을 코팅하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, a method for fabricating a biofuel cell according to the present invention comprises the steps of: (a) immersing two carbon nanotube fibers in a solution in which a polymer is dissolved, and coating the base layer with each of the two carbon nanotube fibers; (b) immersing each of the carbon nanotube fibers coated with the base layer in a solution in which the metal nanoparticles are dissolved, thereby coating the nanoparticle layer; (c) immersing each of the carbon nanotube fibers coated with the nanoparticle layer in a solution in which a monomolecular substance having an amine group is dissolved, thereby coating a monolayer; (d) immersing any one of the carbon nanotube fibers coated with the monolayer in a solution in which an enzyme is dissolved to coat an enzyme layer; And (e) immersing the carbon nanotube fibers coated with the enzyme layer in a solution in which a monomolecular substance having an amine group is dissolved, thereby coating the linker layer.

또한, 본 발명에 따른 생체연료전지 제조방법에 있어서, 상기 기초층에 상기 단분자층이 적층된 이중층의 나노복합체 박막이 다수 개 형성되도록, 상기 (a) 단계, 및 상기 (b) 단계를 순차적으로 반복하고, 상기 효소층에 상기 링커층이 적층된 이중층의 산화층이 다수 개 형성되도록, 상기 (c) 단계, 및 상기 (d) 단계를 순차적으로 반복한다.Further, in the method of manufacturing a biofuel cell according to the present invention, the step (a) and the step (b) are sequentially and repeatedly performed so that a plurality of double-layered nanocomposite thin films in which the single- And the step (c) and the step (d) are repeated in order to form a plurality of bilayer oxide layers in which the linker layer is laminated on the enzyme layer.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description based on the accompanying drawings.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best explain its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 섬유의 외주면에 금속 나노입자를 고밀도로 패킹함으로써, 전극의 전기 전도성을 향상시키고, 충분한 전기화학적 성능 및 뛰어난 유연성을 확보하여 플렉시블 소자에 적용할 수 있으며, 나아가 전극의 안정성을 확보함으로써, 나노바이오 분야뿐만 아니라 다양한 에너지 저장장치로의 응용 가능성을 가진다.According to the present invention, by packing metal nanoparticles at high density on the outer circumferential surface of carbon nanotube fibers, the electrical conductivity of the electrode can be improved, sufficient electrochemical performance and excellent flexibility can be ensured and the present invention can be applied to a flexible device. By securing stability, it has applicability to various energy storage devices as well as nanobiotechnology.

또한, 탄소나노튜브 섬유 전극에 기반한 생체연료전지는 금속 나노입자의 코팅으로 인해, 매개체 없이도 효소의 활성부위와 전극 표면 사이의 전자전달 속도가 증가되어, 전력생성 성능이 향상된다.In addition, the biofuel cell based on the carbon nanotube fiber electrode increases the electron transfer rate between the active site of the enzyme and the electrode surface due to the coating of the metal nanoparticles, thereby improving power generation performance.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생체연료전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 제조방법의 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 생체연료전지 제조방법의 공정도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전극의 단면 및 EDAX 분석 이미지이다.
도 6은 본 발명에 따른 전극의 나노복합체 박막 적층 수에 따른 SEM 이미지이다.
도 7은 본 발명에 따른 전극의 나노복합체 박막 적층 수에 따른 전기 전도도 특성 그래프(a), 및 CV 곡선(b)이다.
도 8은 본 발명에 따른 생체연료전지의 애노드의 성능(a), 글루코오스 농도에 따른 애노드의 내부저항 (ESR) 변화(b), 캐소드의 성능(c), 및 전력밀도(d)를 나타내는 그래프이다.
1 is a perspective view schematically showing an electrode according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view schematically showing a biofuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a process diagram of an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
4 is a process diagram of a method for manufacturing a biofuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view and an EDAX analysis image of an electrode according to the present invention.
6 is an SEM image of the nanocomposite thin film stacked on the electrode according to the present invention.
FIG. 7 is a graph (a) and a CV curve (b) of the electrical conductivity of the nanocomposite thin film according to the present invention.
8 is a graph showing the performance (a) of the anode of the biofuel cell according to the present invention, the change (b) of the internal resistance (ESR) of the anode according to the glucose concentration, the cathode performance (c), and the power density to be.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The objectives, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. Also, the terms "first "," second ", and the like are used to distinguish one element from another element, and the element is not limited thereto. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing an electrode according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극은 탄소나노튜브 섬유 (CNT Fiber)로 이루어진 중심체(10), 중심체(10)의 외주면을 둘러싸는 기초층(20), 금속 나노입자를 포함하고, 기초층(20)의 외주면을 둘러싸는 나노입자층(31), 및 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고, 나노입자층(31)의 외주면을 둘러싸는 단분자층(33)을 포함한다.1, the electrode according to the present invention includes a core body 10 made of carbon nanotube fibers (CNT fiber), a base layer 20 surrounding the outer peripheral surface of the core body 10, and metal nanoparticles A nanoparticle layer 31 surrounding the outer circumferential surface of the base layer 20 and a monomolecular layer 33 surrounding the outer circumferential surface of the nanoparticle layer 31 including a monomolecular material having an amine group.

본 발명은 탄소나노튜브 섬유 (carbon nanotube fiber, CNT fiber)에 금속 나노입자를 코팅하여 전도성이 향상된 전극에 관한 것으로, 생체연료전지, 나노바이오 전자기기 등 전자전달이 요구되는 다양한 기기에 적용될 수 있다. 특히, 생물학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 생체연료전지에 적용되는 경우, 전력생성 성능의 향상에 크게 기여할 수 있다.The present invention relates to an electrode having improved conductivity by coating metal nanoparticles on a carbon nanotube fiber (CNT fiber), and can be applied to various devices requiring electron transfer such as a bio fuel cell and a nano bio electronic device . Particularly, when the present invention is applied to a biofuel cell that converts biological energy into electric energy, it can greatly contribute to improvement of power generation performance.

구체적으로, 본 발명에 따른 전극은 중심체(10), 기초층(20), 나노입자층(31), 및 단분자층(33)을 포함한다.Specifically, an electrode according to the present invention includes a core body 10, a base layer 20, a nanoparticle layer 31, and a monolayer 33.

중심체(10)는 본 발명에 따른 전극의 중심부에 배치되어, 후술할 나노입자층(31) 및 단분자층(33)을 지지한다. 여기서, 중심체(10)는 탄소나노튜브 섬유로 이루어진다. 섬유형의 탄소나노튜브는 6개의 탄소로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어, 수 내지 수십 나노미터의 직경을 갖는 관 형태로 형성되고, 전기 전도도가 매우 우수한 소재이다. 또한, 기계적 강도가 우수하고, 스트레인 (strain)에 안정적이므로, 플렉시블 (flexible) 전극 소재로 활용될 수 있다.The central body 10 is disposed at the center of the electrode according to the present invention and supports the nanoparticle layer 31 and the monomolecular layer 33 to be described later. Here, the core body 10 is made of carbon nanotube fibers. The fibrous carbon nanotubes are formed of hexagons composed of six carbons connected to each other and formed in the shape of a tube having a diameter of several to several tens of nanometers, and are excellent in electric conductivity. In addition, since it has excellent mechanical strength and is stable to strain, it can be utilized as a flexible electrode material.

한편, 탄소나노튜브 섬유는 카르복실기 (COOH)로 기능화될 수 있다. 카르복실기로 기능화된 탄소나노튜브 섬유는 친수성 표면을 가지게 되므로, 후술할 금속 나노입자의 코팅이 효과적으로 이루어져 금속 나노입자를 고밀도로 패킹할 수 있다. 또한, 탄소나토튜브는 다공성 중공관 형태로 형성되므로, 그 표면뿐만 아니라, 그 내부로도 금속 나노입자가 침투되어 배치될 수 있다.On the other hand, carbon nanotube fibers can be functionalized with a carboxyl group (COOH). Carbon nanotube fibers functionalized with a carboxyl group have a hydrophilic surface, so that coating of metal nanoparticles to be described later can be effectively carried out, and the metal nanoparticles can be packed with high density. Further, since the carbon nano tube is formed in the form of a porous hollow tube, the metal nanoparticles can be infiltrated not only on the surface but also inside thereof.

기초층(20)은 중심체(10)의 외주면을 둘러싸는 형태로, 중심체(10)에 코팅되는 층 (layer)이다. 기초층(20)은 중심체(10)에 후술할 나노입자층(31), 즉 금속 나노입자가 효과적으로 코팅되기 위해 마련된다. 이러한 기초층(20)의 소재로는, 폴리머를 사용할 수 있는데, 대표적으로 폴리에틸렌이민 (PEI)를 사용할 수 있다. 다만, 기초층(20)의 소재가 반드시 상술한 폴리머에 한정되는 것은 아니고, 금속 나노입자의 코팅을 가능하게 하는 한 어떠한 물질로 이루어져도 무방하다.The base layer 20 is a layer coated on the central body 10 in the form of surrounding the outer peripheral surface of the central body 10. [ The foundation layer 20 is provided for effectively coating the nanoparticle layer 31, that is, metal nanoparticles, which will be described later, on the core body 10. As the material of the base layer 20, a polymer can be used. Typically, polyethyleneimine (PEI) can be used. However, the material of the base layer 20 is not limited to the above-described polymer, and may be any material as long as it enables the coating of the metal nanoparticles.

나노입자층(31)은 기초층(20)을 매개로 중심체(10)의 외주면에 도입되는 층이다. 나노입자층(31)은 금속 나노입자가 박막 형태로, 기초층(20)의 외주면을 둘러싸도록 형성되는데, 이때 금속 나노입자는 금, 은, 알루미늄, 구리, 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 다만, 그 금속이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The nanoparticle layer 31 is a layer that is introduced into the outer peripheral surface of the core body 10 via the base layer 20. The nanoparticle layer 31 is formed such that the metal nanoparticles are in the form of a thin film and surround the outer circumferential surface of the base layer 20. The metal nanoparticles may be one kind selected from the group consisting of gold, silver, aluminum, Or more. However, the metal is not necessarily limited thereto.

단분자층(33)은 나노입자층(31) 위에 적층되는 층으로, 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함한다. 여기서, 단분자 물질은 용액공정에 기반한 층상자기조립법 (layer by layer assembly, LbL assembly)에 의해 나노입자층(31)의 외주면을 둘러싸는 형태로 코팅되어, 단분자층(33)을 형성한다. 금속은 저항이 낮지만, 금속입자로 구성된 막 (film)인 경우에, 금속입자는 길이가 긴 리간드에 의해 둘러싸이므로, 금속막은 절연성을 나타낸다. 이에, 본 발명에서는 아민기를 갖는 단분자 물질을 나노입자층(31)에 코팅하여, 절연성 리간드를 치환함으로써, 금속 나노입자들의 결합력을 향상시키고, 나노입자층(31)에 전기 전도도를 부여한다. 이러한 역할을 수행할 수 있는 아민기 함유 단분자 물질로는, 예를 들어 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoethyl)amine, TREN), 디에틸렌트리아민 (Diethylenetriamine, DETA) 등을 사용할 수 있다. 다만, 단분자 물질이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.The monolayer 33 is a layer laminated on the nanoparticle layer 31 and comprises a monomolecular material having an amine group. Here, the monomolecular material is coated in the form of a layer-by-layer assembly (LbL assembly) based on a solution process so as to surround the outer circumferential surface of the nanoparticle layer 31 to form the monomolecular layer 33. In the case of a film composed of metal particles, although the metal has a low resistance, since the metal particles are surrounded by the long ligand, the metal film exhibits the insulating property. Thus, in the present invention, a monomolecular material having an amine group is coated on the nanoparticle layer 31 to replace the insulating ligand, thereby improving the binding force of the metal nanoparticles and imparting electrical conductivity to the nanoparticle layer 31. Examples of the amine-containing monomolecular substance capable of performing such a role include tris (2-aminoethyl) amine (TREN), diethylenetriamine (DETA) Can be used. However, the monomolecular substance is not limited thereto.

결과적으로, 본 발명에 따른 전극은 탄소나노튜브 섬유의 외주면에, 층상자기조립법에 의해 나노입자층(31)/단분자층(33)의 이중층으로 형성된 나노복합체 박막(30)이 배치되는 구조로 이루어진다. 즉, 탄소나노튜브 섬유, 기초층(20), 및 나노복합체 박막(30)이 순차적으로 적층된 구조이다.As a result, the electrode according to the present invention has a structure in which the nanocomposite thin film 30 formed of the double layer of the nanoparticle layer 31 / the single molecular layer 33 is arranged on the outer circumferential surface of the carbon nanotube fiber by a layered self-assembly method. That is, the carbon nanotube fibers, the base layer 20, and the nanocomposite thin film 30 are sequentially stacked.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극은 나노복합체 박막(30)이 다수 개 적층될 수 있다 (도시되지 않음). 어느 하나의 나노입자층(31)에 어느 하나의 단분자층(33)이 적층된 제1 나노복합체 박막(30)에, 다른 하나의 나노입자층(31)에 다른 하나의 단분자층(33)이 적층된 제2 나노복합체 박막(30)이, 순차적으로 배치되는 방식으로, 다수 개의 나노복합체 박막(30)이 적층된다. 나노복합체 박막(30)의 적층 수가 증가할수록, 전기 전도도가 증가하므로, 본 발명에 따른 전극이 적용되는 기기에서 요청되는 전기 전도도를 고려하여 적층 수를 정할 수 있다. Meanwhile, the electrode according to another embodiment of the present invention may include a plurality of nanocomposite thin films 30 (not shown). A first nanocomposite film 30 in which one monolayer 33 is laminated on one of the nanoparticle layers 31 and a second monolayer 33 laminated on the other nanoparticle layer 31 A plurality of nanocomposite thin films 30 are stacked in such a manner that the nanocomposite thin films 30 are sequentially arranged. As the number of layers of the nanocomposite thin film 30 increases, the electrical conductivity increases. Therefore, the number of layers can be determined in consideration of the electrical conductivity required in the device to which the electrode according to the present invention is applied.

종합적으로, 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브 섬유의 외주면에 금속 나노입자가 고밀도로 패킹되어, 전극의 전기 전도성이 향상되고, 충분한 전기화학적 성능 및 뛰어난 유연성을 확보하여 플렉시블 소자에 적용될 수 있으며, 나아가 전극의 안정성이 확보되어, 나노바이오 분야뿐만 아니라 다양한 에너지 저장장치로의 응용 가능성을 가진다.In summary, according to the present invention, metal nanoparticles are packed at a high density on the outer circumferential surface of carbon nanotube fibers to improve electrical conductivity of the electrode, ensure sufficient electrochemical performance and excellent flexibility, and can be applied to a flexible device, The stability of the electrode is ensured and it has applicability not only to the nano-bio field but also to various energy storage devices.

이러한 탄소나노튜브 섬유 기반의 전극은 생체연료전지에 이용될 수 있는바, 이하에서 상기 전극이 적용된 생체연료전지에 관해 자세히 설명한다.Such a carbon nanotube fiber-based electrode can be used for a biofuel cell. Hereinafter, a biofuel cell to which the electrode is applied will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생체연료전지를 개략적으로 도시한 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing a biofuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 생체연료전지는 탄소나노튜브 섬유 전극(110), 효소를 포함하고 탄소나노튜브 섬유 전극(110)의 단분자층의 외면에 배치되는 효소층(130), 및 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고 효소층(130)의 외면에 배치되는 링커층(150)을 포함하는 애노드(100), 및 탄소나노튜브 섬유 전극(110)을 포함하는 캐소드(200)를 포함한다.2, the biofuel cell according to the present invention includes a carbon nanotube fiber electrode 110, an enzyme layer 130 including an enzyme and disposed on the outer surface of the monolayer of the carbon nanotube fiber electrode 110, And an anode 100 including a linker layer 150 disposed on the outer surface of the enzyme layer 130 and containing a monomolecular material having an amine group and a cathode 200 including a carbon nanotube fiber electrode 110, .

생체연료전지는 포도당을 산화시켜 나오는 수소를 연료로 하여 애노드에서는 수소의 산화, 캐소드에서는 산소의 환원을 이용해 전자의 이동을 유도하여 전기를 발생시킨다. 생체연료전지의 전자전달은 효소반응 (enzymatic reaction)과 전극반응 (electrode reaction)의 연결방법에 따라, 효소의 활성부위가 산화되어 나온 전자가 용액에서 자유롭게 존재하는 매개체 (mediator)의 산화환원반응을 이용하여 전자를 전달하는 매개전자전달 (mediated electron transfer, MET)과, 산화되어 나온 전자가 직접 전극으로 이동하여 전자전달이 되는 직접전자전달 (direct electron tranfer, DET)로 나뉜다. MET 기반 생체연료전지는 오스뮴 (osmium), 루테늄 (ruthenium), 철 (iron) 등의 매개체 유출로 인한 독성, 매개체의 불안정성, 및 고비용의 제조단가가 문제되므로, 본 발명에 따른 생체연료전지의 전자전달은 DET에 의한다. Biofuel cells generate electricity by inducing the movement of electrons by using hydrogen that is produced by oxidizing glucose and fuel by oxidizing hydrogen at the anode and reducing oxygen at the cathode. Electron transport of a biofuel cell is controlled by the oxidation reaction of a mediator in which electrons released from oxidation of the active site of the enzyme are freely present in the solution according to the linkage between the enzymatic reaction and the electrode reaction (MET), which transports electrons, and a direct electron transfer (DET), which transfers electrons from the oxidized electrode to the electrodes to transfer electrons. MET-based biofuel cells suffer from toxicity due to outflow of osmium, ruthenium, iron and the like, instability of the medium, and high manufacturing costs of the biofuel cell, Delivery is by DET.

종래 DET 기반의 생체연료전지의 경우 전력생성 성능이 낮아 응용에 한계를 가진다. 이는, 글루코스 산화효소 (glucose oxidase)의 활성 센터(redox center)가 아포효소 (apoenzyme) 내에 깊이 위치하여, 효소 활성부위와 전극 표면 사이의 전자전달이 느리기 때문이다.Conventional DET-based biofuel cells have low power generation performance and thus have limited application. This is because the redox center of glucose oxidase is located deep within the apoenzyme and the electron transfer between the enzyme active site and the electrode surface is slow.

이에, 본 발명에서는 상술한 탄소나노튜브 섬유 전극을 적용함으로써, 전력생성 성능을 향상시킬 수 있다. Accordingly, in the present invention, the power generation performance can be improved by applying the carbon nanotube fiber electrode.

본 발명에 따른 생체연료전지의 애노드(100)는 탄소나노튜브 섬유 전극(110), 효소층(130), 및 링커층(150)을 포함한다. The anode 100 of the biofuel cell according to the present invention includes a carbon nanotube fiber electrode 110, an enzyme layer 130, and a linker layer 150.

탄소나노튜브 섬유 전극(110)은 탄소나노튜브 섬유/기초층/나노입자층/단분자층이 적층된 상술한 전극으로서, 나노복합체 박막(나노입자층/단분자층)이 다수 개 적층된 전극일 수 있다. 그 외의 사항에 대해서는 상술하였는바, 중복되는 사항에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.The carbon nanotube fiber electrode 110 may be an electrode in which a plurality of nanocomposite thin films (nanoparticle layer / monomolecular layer) are laminated, in which carbon nanotube fibers / base layer / nanoparticle layer / monolayer layer are stacked. Other matters have been described above, but redundant descriptions are omitted or simply described.

효소층(130)은 효소를 포함하고, 전극(110)의 최외곽 단분자층의 외면에 형성된다. 여기서, 효소층(130)은 효소가 단분자층을 감싸는 형태로 코팅되어 형성될 수 있다. 이때, 효소는 용액공정에 의해 단분자층에 적층될 수 있고, 예를 들어 글루코스 산화효소 (glucose oxidase, GOx), 및 프룩토스 탈수소 효소 (D-fructose dehydrogenase)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 이러한 효소는 애노드(100)의 연료가 되는 포도당에 반응하여 수소를 산화할 수 있는 효소이면, 그 종류가 반드시 상술한 효소에 한정되어야 하는 것은 아니다.The enzyme layer 130 includes an enzyme and is formed on the outer surface of the outermost monolayer of the electrode 110. Here, the enzyme layer 130 may be formed by coating an enzyme with a monolayer covering the enzyme layer. At this time, the enzyme may be laminated to the monolayer by a solution process and include one or more selected from the group consisting of glucose oxidase (GOx), and fructose dehydrogenase (D-fructose dehydrogenase), for example. can do. If the enzyme is an enzyme capable of oxidizing hydrogen in response to glucose serving as a fuel of the anode 100, the type thereof is not necessarily limited to the enzyme described above.

링커층(150)은 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고, 효소층(130)의 외면에 배치된다. 이때, 효소층(130)의 외면 중 특정 부분에, 또는 그 외면을 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 여기서, 링커층(150)을 이루는 단분자 물질은, 예를 들어 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoethyl)amine, TREN), 디에틸렌트리아민 (Diethylenetriamine, DETA) 등을 사용할 수 있다. 링커층(150)은 단분자 물질이 용해된 용액에 효소층(130)이 침지되는 방식으로, 효소층(130)에 코팅될 수 있다.The linker layer 150 comprises a monomolecular material having an amine group and is disposed on the outer surface of the enzyme layer 130. At this time, it may be arranged in a specific part of the outer surface of the enzyme layer 130 or in a form to surround the outer surface. Here, the monomolecular material forming the linker layer 150 can be, for example, tris (2-aminoethyl) amine, TREN, diethylenetriamine (DETA) have. The linker layer 150 may be coated on the enzyme layer 130 in such a manner that the enzyme layer 130 is immersed in a solution in which the monomolecular material is dissolved.

한편, 효소층(130)에 링커층(150)이 적층되어 이중층 형태로 형성된 산화층은 다수 개가 적층될 수 있다. 즉, 어느 하나의 효소층(130)에 어느 하나의 링커층(150)이 적층된 제1 산화층에, 다른 하나의 효소층(130)에 다른 하나의 링커층(150)이 적층된 제2 산화층이 적층되는 구조로, 다수 개의 산화층이 적층될 수 있다. On the other hand, a plurality of oxidation layers formed in a bilayer form by stacking the linker layer 150 on the enzyme layer 130 may be stacked. In other words, the second oxide layer 130 in which the other linker layer 150 is laminated on the first oxide layer in which one linker layer 150 is laminated on one enzyme layer 130, and the other linker layer 150 is laminated on the other enzyme layer 130 A plurality of oxide layers can be stacked.

상술한 애노드(100)의 구조하에서, 나노입자층 및 단분자층이 외면에 배치된 탄소나노튜브가 효소의 활성부위와 전극 표면 사이의 전자전달을 촉진시킨다. 이로써, 본 발명에 따른 생체연료전지의 전력생성 성능이 향상된다.Under the above-described structure of the anode 100, carbon nanotubes in which nanoparticle layers and monomolecular layers are disposed on the outer surface promote electron transfer between the active site of the enzyme and the electrode surface. Thus, the power generation performance of the biofuel cell according to the present invention is improved.

본 발명에 따른 생체연료전지의 캐소드(200)는 효소의 도입 없이, 탄소나노튜브 섬유/기초층/나노입자층/단분자층이 적층된 탄소나노튜브 섬유 전극(110)을 사용할 수 있다. 이때, 전극(110)은, 나노복합체 박막이 다수 개 적층된 전극일 수 있다.In the cathode 200 of the biofuel cell according to the present invention, a carbon nanotube fiber electrode 110 in which a carbon nanotube fiber / base layer / nanoparticle layer / monolayer layer is laminated can be used without introducing an enzyme. At this time, the electrode 110 may be an electrode in which a plurality of nanocomposite thin films are stacked.

탄소나노튜브 섬유 전극(110)을 기반으로 하는 생체연료전지의 작동방식에 대해 살펴본다. 여기서, 애노드(100)의 연료는 글루코오스이고, 효소층(130)은 GOx를 사용하는 것으로 가정한다. 이때, 글루코오스는 애노드(100)에서 글루코노락톤 (gluconolactone)으로 산화되고, 전자는 GOx에서 탄소나노튜브 섬유 전극(110)으로 이동한다. 캐소드(200)에서, 전자는 탄소나노튜브 섬유 전극(110)에서 환원 반응에 의해, 전해질을 통해 전달된다. A method of operating the biofuel cell based on the carbon nanotube fiber electrode 110 will be described. Here, it is assumed that the fuel of the anode 100 is glucose and the enzyme layer 130 uses GOx. At this time, glucose is oxidized to gluconolactone in the anode 100, and electrons are transferred from the GOx to the carbon nanotube fiber electrode 110. In the cathode 200, electrons are transferred through the electrolyte by a reduction reaction at the carbon nanotube fiber electrode 110.

이하에서는 본 발명에 따른 전극, 및 생체연료전지의 제조방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, an electrode according to the present invention and a method for manufacturing a biofuel cell will be described.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 제조방법의 공정도이다.3 is a process diagram of an electrode manufacturing method according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 제조방법은 (a) 폴리머가 용해된 용액에, 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 기초층을 코팅하는 단계, (b) 금속 나노입자가 용해된 용액에, 기초층이 코팅된 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 나노입자층을 코팅하는 단계, 및 (C) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 나노입자층이 코팅된 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 단분자층을 코팅하는 단계를 포함하여, 탄소나노튜브 섬유의 외면에, 상기 나노입자층에 상기 단분자층이 적층된 이중층의 나노복합체 박막을 형성한다.3, the method for manufacturing an electrode according to the present invention comprises the steps of: (a) immersing carbon nanotube fibers in a solution in which a polymer is dissolved to coat a base layer; (b) A step of immersing a carbon nanotube fiber coated with a base layer in a solution to coat a nanoparticle layer; and (C) immersing a nanotubular layer-coated carbon nanotube fiber in a solution in which a monomolecular substance having an amine group is dissolved Layered nanocomposite film on the outer surface of the carbon nanotube fiber, wherein the nanocomposite layer is laminated with the monomolecular layer.

본 발명은 상술한 본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유 전극을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 내용 중 중복되는 사항에 대해서는 설명을 생략하거나 간단하게만 기술한다.The present invention relates to a method for fabricating a carbon nanotube fiber electrode according to the present invention, wherein redundant descriptions are omitted or simply described.

본 발명에 따른 전극은, 용액공정에 기반한 층상자기조립법을 이용해, 아래의 방법에 의해 제조된다.The electrode according to the present invention is manufactured by the following method, using a layered self-assembly method based on a solution process.

우선, 기초층을 탄소나노튜브 섬유에 코팅하기 위해서, 기초층을 이루는 폴리머가 용해된 용액을 준비하고, 그 용액에 탄소나노튜브 섬유를 침지한다 ((a) 단계). 여기서, 폴리머는 폴리에틸렌이민 (PEI)일 수 있고, 이때 PEI를 에탄올 등의 용매에 용해시켜 용액을 준비한다. 다만, 폴리머 및 용매의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니다. First, in order to coat the base layer with the carbon nanotube fibers, a solution in which the polymer constituting the base layer is dissolved is prepared, and carbon nanotube fibers are immersed in the solution (step (a)). Here, the polymer may be polyethyleneimine (PEI), wherein the solution is prepared by dissolving PEI in a solvent such as ethanol. However, the kind of the polymer and the solvent is not particularly limited.

다음에, 금속 나노입자가 용해된 용액에, 기초층이 코팅된 탄소나노튜브 섬유를 침지한다 ((b) 단계). 이때, 금속 나노입자가 층상자기조립되어, 기초층의 외면에 막 형태의 나노입자층이 형성된다. 여기서, 금속 나노입자는 Tetraoctylammonium bromid (TOABr)로 보호된 금 나노입자를 사용하고 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 은, 알루미늄, 구리, 및 백금으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어진 금속 나노입자를 사용할 수도 있다. 추가적으로, 순수한 톨루엔 등을 이용해 코팅되지 않은 금속 나노입자를 세척하여 제거할 수 있다. Next, the carbon nanotube fiber coated with the base layer is immersed in the solution in which the metal nanoparticles are dissolved (step (b)). At this time, the metal nanoparticles are self-assembled in layers to form a film-like nanoparticle layer on the outer surface of the base layer. Here, although the gold nanoparticles protected with Tetraoctylammonium bromide (TOABr) are used as the metal nanoparticles, the metal nanoparticles are not necessarily limited to the metal nanoparticles, but may be metal nanoparticles composed of one or more kinds selected from silver, aluminum, copper, Particles may also be used. In addition, uncoated metal nanoparticles may be washed away using pure toluene or the like.

나노입자층이 형성되면, 탄소나노튜브 섬유를 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에 침지한다 ((c) 단계). 이때, 단분자 물질은 층상자기조립법에 의해, 나노입자층상에 적층되어 단분자층을 형성하고, 이로써 이중층의 나노복합체 박막을 형성하게 된다. 이때, 약하게 흡착된 단분자 물질은 에탄올 등으로 세척하여 제거할 수 있고, 이를 건조하여 1개의 나노복합체 박막이 형성된 전극을 제조한다. 여기서, 단분자 물질은 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoethyl)amine, TREN)을 사용해, TREN과 TOABr 사이에 리간드 교환 반응을 유발한다. 다만, 단분자 물질이 반드시 TREN에 한정되는 것은 아니고, 디에틸렌트리아민 (Diethylenetriamine, DETA) 등의 아민기를 갖는 단분자 물질이면 제한 없이 사용할 수 있다.When the nanoparticle layer is formed, the carbon nanotube fibers are immersed in a solution in which the monomolecular substance having an amine group is dissolved (step (c)). At this time, the monomolecular material is laminated on the nanoparticle layer by a layered self-assembly method to form a monolayer, thereby forming a bilayer nanocomposite thin film. At this time, the weakly adsorbed monomolecular material can be removed by washing with ethanol or the like, and dried to produce an electrode having a single nanocomposite thin film. Here, the monomolecular substance induces a ligand exchange reaction between TREN and TOABr using tris (2-aminoethyl) amine (TREN). However, the monomolecular substance is not necessarily limited to TREN, and a monomolecular substance having an amine group such as diethylenetriamine (DETA) can be used without limitation.

여기서, 나노복합체 박막은 다수 개가 적층될 수 있는바, 이 경우에는 상기 나노입자층 형성 단계 ((b) 단계), 및 단분자층 형성 단계 ((c) 단계)를 순차적으로 반복한다. 이때, 각각의 침지 공정 전에 세척 및 건조 단계를 추가적으로 실행할 수 있다.In this case, the nanoparticle layer forming step (step (b)) and the monolayer forming step (step (c)) are sequentially repeated. At this time, washing and drying steps may be additionally performed before each immersion step.

이하에서는 본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유 전극을 기반으로 하는 생체연료전지의 제조방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a biofuel cell based on a carbon nanotube fiber electrode according to the present invention will be described.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 생체연료전지 제조방법의 공정도이다.4 is a process diagram of a method for manufacturing a biofuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 생체연료전지 제조방법은 (a) 폴리머가 용해된 용액에, 2개의 탄소나노튜브 섬유를 각각 침지하여, 기초층을 코팅하는 단계, (b) 금속 나노입자가 용해된 용액에, 기초층이 코팅된 각각의 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 나노입자층을 코팅하는 단계, (c) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 나노입자층이 코팅된 각각의 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 단분자층을 코팅하는 단계, (d) 효소가 용해된 용액에, 단분자층이 코팅된 어느 하나의 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 효소층을 코팅하는 단계, 및 (e) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 효소층이 코팅된 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 링커층을 코팅하는 단계를 포함한다.4, the method for fabricating a biofuel cell according to the present invention comprises the steps of (a) immersing two carbon nanotube fibers in a solution in which a polymer is dissolved, respectively, and coating the base layer, (b) A step of immersing each of the carbon nanotube fibers coated with the base layer in a solution in which the nanoparticles are dissolved to coat the nanoparticle layer; (c) a step of immersing the nanoparticle layer coated with the nanoparticle layer (D) immersing the carbon nanotube fibers coated with the monolayer in a solution in which the enzyme is dissolved, and coating the enzyme layer; and e) immersing the carbon nanotube fibers coated with the enzyme layer in a solution in which the monomolecular substance having an amine group is dissolved, and coating the linker layer.

본 발명에 따른 생체연료전지는 애노드, 및 캐소드로 구성된다. 따라서, 본 발명에 따른 생체연료전지의 제조방법에서는 2개의 탄소나노튜브 섬유를 사용하여, 애노드와 캐소드를 각각 제조한다. 여기서 캐소드는 효소층이 형성되지 않은 본 발명에 따른 탄소나노튜브 섬유 전극을 그대로 사용하므로, 상술한 전극의 제조방법과 동일한 방식((a) 내지 (c) 단계)으로 제조된다.A biofuel cell according to the present invention comprises an anode and a cathode. Therefore, in the method of manufacturing a biofuel cell according to the present invention, two carbon nanotube fibers are used to manufacture an anode and a cathode, respectively. Here, the cathode uses the carbon nanotube fiber electrode according to the present invention in which the enzyme layer is not formed, and therefore, it is manufactured in the same manner as the above-described electrode manufacturing method (steps (a) to (c)).

한편, 애노드를 제조하기 위해서는, 우선 (a) 내지 (c) 단계를 거쳐서 제조된 나노복합체 박막이 형성된 탄소나노튜브 섬유를, 효소가 용해된 용액에 침지한다 ((d) 단계). 이때, 나노복합체 박막의 최외곽 단분자층에 효소층이 형성된다. 여기서, 상기 용액에 사용되는 용매는 인산완충액 (PB buffer)일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 효소는 글루코스 산화효소 (glucose oxidase), 및 프룩토스 탈수소 효소 (D-fructose dehydrogenase)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.Meanwhile, in order to manufacture the anode, carbon nanotube fibers having the nanocomposite thin film formed by steps (a) to (c) are immersed in a solution in which the enzyme is dissolved (step (d)). At this time, an enzyme layer is formed on the outermost monolayer of the nanocomposite thin film. Here, the solvent used in the solution may be a phosphate buffer (PB buffer), but is not limited thereto. On the other hand, the enzyme may include at least one enzyme selected from the group consisting of glucose oxidase and D-fructose dehydrogenase.

다음에는, 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 효소층이 형성된 탄소나노튜브 섬유를 침지한다 ((e) 단계). 이로써, 링커층이 형성되고, 결과적으로 효소층에 링커층이 적층된 이중층의 산화층이 형성된다. 여기서, 단분자 물질은, 예를 들어 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoethyl)amine, TREN), 디에틸렌트리아민 (Diethylenetriamine, DETA) 등을 사용할 수 있고, 용액에 사용되는 용매는 인산완충액(PB buffer)일 수 있다. Next, the carbon nanotube fiber having the enzyme layer formed therein is immersed in the solution in which the monomolecular substance having an amine group is dissolved (step (e)). As a result, a bilayer oxide layer is formed in which a linker layer is formed, and as a result, a linker layer is laminated on the enzyme layer. Here, the monomolecular substance may be, for example, tris (2-aminoethyl) amine, TREN, diethylenetriamine (DETA) May be phosphate buffer (PB buffer).

한편, 본 발명에 따른 생체연료전지의 애노드는 산화층이 다수 개 적층되는 구조로 형성될 수 있는바, 이를 위해서 상기 효소층 형성 단계 ((d) 단계) 및 상기 링커층 형성 단계 ((e) 단계)를 순차적으로 반복할 수 있다.Meanwhile, the anode of the biofuel cell according to the present invention may be formed in a structure in which a plurality of oxidation layers are laminated. To this end, the enzyme layer forming step (d) and the linker layer forming step (e) ) Can be sequentially repeated.

이하에서는, 구체적 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

실시예 1: COOH로 기능화된 탄소나노튜브 섬유 제조Example 1: Fabrication of carbon nanotube fibers functionalized with COOH

본 실시예에서는 카르복실기 (COOH)로 기능화된 탄소나노튜브 섬유를 제조했다. 순수 다중벽 탄소나노튜브 섬유 (Pristine multi-walled carbon nanotubes fibers)의 양말단을 테플론 몰드 (teflon mold)에 고정하여, 교반하지 않고, 70 ℃에서 90 분 동안, 질산(HNO3, 25 wt%)과 황산(H2SO4, 75 wt%) 혼합물로 산화시켰다. 이때, 안정하게 기능화된 탄소나노튜브 섬유를 얻기 위해서, 2시간 이내로 상기 공정을 수행한다. 이렇게 탄소나노튜브 섬유를 제조하고, 증류수로 3회 세척한 후에, 실온에서 3시간 이상 건조하였다.In this example, carbon nanotube fibers functionalized with a carboxyl group (COOH) were prepared. The ends of pristine multi-walled carbon nanotube fibers were fixed to a teflon mold and nitric acid (HNO 3 , 25 wt%) was added for 90 minutes at 70 ° C without stirring. And oxidized with a mixture of sulfuric acid (H 2 SO 4 , 75 wt%). At this time, in order to obtain stably functionalized carbon nanotube fibers, the above process is performed within 2 hours. Carbon nanotube fibers were prepared, washed three times with distilled water, and then dried at room temperature for 3 hours or more.

실시예 2: TOA-금 나노입자 합성Example 2: Synthesis of TOA-gold nanoparticles

본 실시예에서는 Tetraoctylammonium bromid (TOABr)로 보호된 금 나노입자를 합성했다. 30 mM의 HAuCl4 ·3H2O가 용해된 탈이온수 (30 ml)와, 20 mM의 TOABr이 분산된 톨루엔 (80 ml)을 서로 교반하여 혼합하고, 0.4 M의 NaBH4 수용액 (25 ml)을 상기 혼합물에 첨가하여 환원시켰다. 그 후, 톨루엔을 수용액으로부터 분리하고, H2SO4 (0.1 M, 순도 95%), NaOH (0.1 M, 97%) 및 탈이온수로 수차례 세척하여, 최종적으로, 직경 8 nm인 TOA-금 나노입자를 합성했다.In this example, gold nanoparticles protected with tetraoctylammonium bromide (TOABr) were synthesized. 30 mM of the HAuCl 4 · 3H 2 O are dissolved in deionized water (30 ml) and mixed with each other, stirring the toluene (80 ml) dispersal TOABr of 20 mM, and 0.4 M of NaBH 4 solution (25 ml) to Was added to the mixture and reduced. The toluene was then separated from the aqueous solution and washed several times with H 2 SO 4 (0.1 M, 95% purity), NaOH (0.1 M, 97%) and deionized water and finally TOA- Nanoparticles were synthesized.

실시예 3: 탄소나노튜브 섬유 전극 제조Example 3: Production of carbon nanotube fiber electrode

본 실시예에서는 탄소나노튜브 섬유 전극을 제조하였다. PEI 폴리머가 용해된 에탄올 (1 mg ml- 1)에 실시예 1에서 제조된 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 탄소나노튜브 섬유 상에 PEI를 코팅했다. 다음에, PEI가 코팅된 섬유를 상기 실시예 2에서 합성된 TOA-금 나노입자 용액 (10 mg ml- 1)에 40분 동안 침지시킨 후, 순수한 톨루엔으로 세척했다. 마지막으로, 그 섬유를 TREN이 분산된 에탄올 (1 mg ml- 1)에 40분 동안 침지시키고, 순수한 에탄올로 세척하여, 약하게 흡착된 TREN 분자를 제거하고, 1개의 이중층 나노복합체 박막이 형성된 섬유 전극 ((TOA-Au/TREN)1 섬유 전극이라고 한다)을 제조했다. 여기서, TOABr과 TREN 사이에 리간드 교환 반응이 일어난다.In this embodiment, a carbon nanotube fiber electrode was prepared. PEI polymer is dissolved in the ethanol by immersing the prepared in Example 1 (1 mg ml 1) carbon nanotube fibers, and coating the PEI on a carbon nanotube fiber. Next, the PEI-coated fibers in Example 2. The TOA- gold nanoparticle solution synthesized in - and then immersed for 40 minutes in (10 mg ml 1), was washed with pure toluene. Finally, the fibers were immersed in TREN-dispersed ethanol (1 mg ml - 1 ) for 40 minutes, washed with pure ethanol to remove weakly adsorbed TREN molecules, and a single double layer nanocomposite film- (TOA-Au / TREN) 1 fiber electrode). Here, a ligand exchange reaction takes place between TOABr and TREN.

한편, 상기 과정을 반복함으로써, 다수 개의 나노복합체 박막이 적층된 구조의 탄소나노튜브 섬유 전극을 제조했다.By repeating the above procedure, a carbon nanotube fiber electrode having a structure in which a plurality of nanocomposite thin films were stacked was manufactured.

실시예 4: 생체연료전지의 애노드 및 캐소드 제조Example 4: Anode and cathode fabrication of a biofuel cell

본 실시예에서는 생체연료전지의 애노드 및 캐소드를 제조하였다. 애노드를 제조하기 위해서, 먼저 글루코스 산화효소 (glucose oxidase, GOx)가 인산완충액 (PB buffer)에 용해된 효소 용액 (GOx, 5 mg ml- 1)에, 실시예 3에서 제조된 탄소나노튜브 섬유 전극을 침지했다. 다음에, TREN이 용해된 PB 완충액에, (TOA-Au/TREN)20 탄소나노튜브 섬유 전극을 침지하였다. 여기서, (TOA-Au/TREN)20는 나노복합체 박막이 20개 적층된 실시예 3의 탄소나노튜브 섬유 전극이다. 따라서, 1개의 효소 이중층이 형성된 (TOA-Au/TREN)20(GOx/TREN)1 섬유 애노드 전극이 제조된다. 여기서, 상기 과정을 반복함으로써, 다수 개의 효소 이중층이 적층된 구조의 섬유 애노드 전극을 제조하였다. In this embodiment, an anode and a cathode of a biofuel cell were manufactured. In order to manufacture the anode, first, glucose oxidase (glucose oxidase, GOx) the enzyme solution in phosphate buffer (PB buffer) - the carbon nanotubes produced in the (GOx, 5 mg ml 1) , Example 3 tube fiber electrode . Next, (TOA-Au / TREN) 20 carbon nanotube fiber electrode was immersed in PB buffer in which TREN was dissolved. Here, (TOA-Au / TREN) 20 is a carbon nanotube fiber electrode of Example 3 in which 20 nanocomposite thin films are laminated. Thus, a (TOA-Au / TREN) 20 (GOx / TREN) 1 fiber anode in which one enzyme double layer is formed is produced. By repeating the above procedure, a fibrous anode electrode having a structure in which a plurality of enzyme double layers were laminated was prepared.

여기서, 캐소드는 (TOA-Au/TREN)20 탄소나노튜브 섬유 전극을 그대로 사용했다.Here, the cathode used was a (TOA-Au / TREN) 20 carbon nanotube fiber electrode.

평가예 1: 탄소나노튜브 섬유 전극의 SEM 이미지 및 EDAX 분석Evaluation Example 1: SEM image and EDAX analysis of carbon nanotube fiber electrode

도 5는 본 발명에 따른 섬유/(TOA-Au/TREN)20 탄소나노튜브 섬유 전극의 단면 및 원소분석기 (EDAX) 분석 이미지로서, 도 5의 (a)는 탄소나노튜브 섬유 전극의 단면의 주사전자현미경 (SEM) 이미지를, (b) 내지 (c)는 EDAX 분석 결과(Yellow: 금 나노입자, Red: 탄소)를 나타낸다. 이를 통해, 탄소나노튜브 섬유 상에 금 나노입자 및 TREN이 성공적으로 증착되었음을 확인할 수 있다.FIG. 5 is a cross-sectional and elemental analyzer (EDAX) analysis image of a fiber / TOA-Au / TREN 20 carbon nanotube fiber electrode according to the present invention, (B) to (c) show EDAX analysis results (Yellow: gold nanoparticles, Red: carbon). As a result, gold nanoparticles and TREN were successfully deposited on carbon nanotube fibers.

도 6은 본 발명에 따른 전극의 나노복합체 박막 ((TOA-Au/TREN)n) 적층 수(n)에 따른 SEM 이미지이다. 여기서, 도 6의 (a)는 금 나노입자 코팅 전 탄소나노튜브 섬유 (직경 32 ㎛)의 표면 모폴로지 SEM 이미지이고, 도 6의 (b)는 금 나노입자 코팅 전 탄소나노튜브 섬유의 확대 이미지이며, 도 6의 (c) 내지 (e)는 n이 5, 10, 20일 때를 서로 비교한 이미지이다. 또한, 도 6의 (f)는 n이 20일 때, CNT/(TOA-Au/TREN)20 탄소나노튜브 섬유 전극의 이미지이고, 도 6의 (g)는 CNT/(TOA-Au/TREN)20 탄소나노튜브 섬유 전극의 확대 이미지이다.6 is a SEM image of the nanocomposite thin film (TOA-Au / TREN) n of the electrode according to the present invention, according to the number of layers (n). 6 (a) is a SEM image of a surface morphology of carbon nanotube fibers (diameter 32 탆) before coating of gold nanoparticles, and FIG. 6 (b) is an enlarged image of carbon nanotube fibers before coating gold nanoparticles , And (c) to (e) of FIG. 6 are images in which n is 5, 10 and 20, respectively. 6 (f), when n is 20, CNT / (TOA-Au / TREN) 20 carbon nanotube fibers (TOA-Au / TREN) 20 carbon nanotube fiber (CNT) This is an enlarged image of the electrode.

본 이미지를 통해서, 순수한 탄소나노튜브 섬유 상에, TOABr로 보호된 금 나노입자와 TREN이 순차적으로 적층되고, 적층 수(n)가 증가할수록, 더 많은 양의 금 나노입자가 균일하게 패킹되는 것을 확인할 수 있다.From this image, it can be seen that as the number of gold nanoparticles protected with TOABr and TREN are sequentially stacked on the pure carbon nanotube fibers and the number of stacked layers (n) increases, a larger amount of gold nanoparticles are uniformly packed Can be confirmed.

또한, 도 6의 (h)는 CNT/(TOA-Au/TREN)20 탄소나노튜브 섬유 전극의 단면 이미지이고, 도 6의 (i)는 탄소나노튜브 섬유 전극에서 금 나노입자를 포함하는 확대된 단면 이미지이다.6 (h) shows a CNT / (TOA-Au / TREN) 20 carbon nanotube fiber Sectional image of the electrode, and Fig. 6 (i) is an enlarged cross-sectional image including gold nanoparticles in the carbon nanotube fiber electrode.

여기서, 탄소나노튜브 섬유 전극 내부에 중공이 형성되고, 금 나노입자가 탄소나노튜브 섬유 전극의 표면뿐만 아니라, 그 내부에도 성공적으로 침투되는 것을 확인할 수 있다.Here, hollows are formed inside the carbon nanotube fiber electrode, and it is confirmed that the gold nanoparticles penetrate not only the surface of the carbon nanotube fiber electrode but also the inside thereof.

평가예 2: 탄소나노튜브 섬유 전극의 전기적 특성Evaluation Example 2: Electrical characteristics of carbon nanotube fiber electrode

도 7의 (a)는 탄소나노튜브 섬유 전극, (CNT/(TOA-Au/TREN)n)의 비저항 및 전기 전도도를 나타내는 그래프이고, 도 7의 (b)는 탄소나노튜브 섬유 전극의 순환전압전류 곡선 (cyclic voltammagram, CV)이다.7A is a graph showing resistivity and electrical conductivity of a carbon nanotube fiber electrode (CNT / (TOA-Au / TREN) n ), and FIG. 7B is a graph showing resistivity and electric conductivity of a carbon nanotube fiber electrode Is a cyclic voltammagram (CV).

도 7의 (a)와 같이, TOA-Au 및 TREN 이중층, 즉 나노복합체 박막의 적층 수(n)이 증가함에 따라서, 전극의 전기 전도도는 증가하고, 비저항은 감소했다.As shown in FIG. 7 (a), as the number of stacks (n) of the TOA-Au and TREN double layers, that is, the nanocomposite thin films, was increased, the electrical conductivity of the electrodes was increased and the resistivity was decreased.

또한, 도 7의 (b)로부터, 나노복합체 박막에 따라 인가된 전압에 대한 전류밀도의 의존성을 가지는 것을 알 수 있다.It can also be seen from Fig. 7 (b) that the nanocomposite film has dependency on the current density with respect to the voltage applied thereto.

평가예 3: 생체연료전지의 성능Evaluation Example 3: Performance of a biofuel cell

도 8은 본 발명에 따른 생체연료전지의 애노드의 성능(a), 글루코오스 농도에 따른 애노드의 내부저항 (ESR) 변화(b), 캐소드의 성능(c), 및 전력밀도(d)를 나타내는 그래프이다. 여기서, 애노드 및 캐소드의 성능((a) 및 (c))는 순환전압전류법 (cyclic voltammetry)을 사용하여 나타냈고, 전류밀도는 SEM 이미지에 의해 측정된 탄소나노튜브 섬유 전극의 직경으로부터 계산된 섬유의 측면 표면적으로 표준화했다. 한편, 애노드는 실시예 4에 따라, CNT/(TOA-Au/TREN)20(GOx/TREN)5 구조로 형성했다 (도 8의 (a)의 삽입 도면 참고).8 is a graph showing the performance (a) of the anode of the biofuel cell according to the present invention, the change (b) of the internal resistance (ESR) of the anode according to the glucose concentration, the cathode performance (c), and the power density to be. Here, the performances of the anode and the cathode ((a) and (c)) were shown using cyclic voltammetry, and the current density was calculated from the diameter of the carbon nanotube fiber electrode measured by the SEM image The side surface area of the fiber was standardized. On the other hand, the anode was formed in the structure of CNT / (TOA-Au / TREN) 20 (GOx / TREN) 5 according to Example 4 (see the inset of FIG.

결과를 보면, 애노드의 전류밀도는 0 ~ 300 mmol·l-1의 글루코오스 농도 범위에서, 그 농도에 따라 증가했다. 특히, 300 mmol·l- 1 농도에서는, 0.6 V에서, 최대 전류밀도와 최소 ESR를 나타낸다. 이때, 전자는 CNT/(TOA-Au/TREN)20와 GOx 사이에서 직접 전달된다.As a result, the current density of the anode increased with the concentration in the glucose concentration range of 0 to 300 mmol·l -1 . In particular, 300 mmol·l - the first concentration, at 0.6 V, shows a maximum current density and the minimum ESR. At this time, electrons are directly transmitted between CNT / (TOA-Au / TREN) 20 and GOx.

캐소드는, 질소 포화 상태, 대기 상태, 산소 포화 상태 등 서로 다른 3가지 버퍼 조건 (buffer condition)에서 ESR을 측정했다. 애노드 및 캐소드에 충분한 연료가 제공될 때 (글루코오스의 농도는 300 mmol·l-1이고, 산소 포화 상태), 최대 전류밀도는 0.6 V에서 28 ㎃㎝-2이고, -0.6 V에서는 13 ㎃㎝-2이다. 이는 표준화된 값이고, 전자전달 저항은 애노드에서 108 Ω, 캐소드에서 88 Ω으로 최소화된다.The cathodes measure ESR in three different buffer conditions, such as nitrogen saturation, atmospheric conditions, and oxygen saturation. When provided there is sufficient fuel in the anode and cathode and the maximum current density (concentration 300 mmol·l -1, and the oxygen saturation of glucose) is from 0.6 V 28 ㎃㎝ -2, the -0.6 V 13 ㎃㎝ - 2 . This is a standardized value and the electron transfer resistance is minimized from 108 [Omega] in the anode to 88 [Omega] in the cathode.

대기 상태에서 교반하지 않고, 농도가 300 mmol·l- 1 인 글루코오스 용액에서의 생체연료전지는 1.03 V의 개방회로 전압 (open-circuit voltage)과, 1.31 ㎽㎝-2의 최대 전력밀도를 나타냈다. 체내 이식을 고려한 저농도 (10 mmol·l-1) 글루코오스 용액에서는, 0.76 V의 개방회로 전압 (open-circuit voltage)과, 0.3 ㎽㎝-2의 최대 전력밀도를 나타냈다.Without stirring in a wait state, a concentration of 300 mmol·l - 1 of glucose The biofuel cell in the solution showed an open-circuit voltage of 1.03 V and a maximum power density of 1.31 mW cm -2 . In the low concentration (10 mmol·l -1 ) glucose solution considering the implantation, an open circuit voltage of 0.76 V and a maximum power density of 0.3 mWcm -2 were exhibited.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the present invention. It is obvious that the modification or improvement is possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

10: 중심체 20: 기초층
30: 나노복합체 박막 31: 나노입자층
33: 단분자층 100: 애노드
110: 탄소나노튜브 섬유 전극 130: 효소층
150: 링커층 200: 캐소드
10: center body 20: foundation layer
30: Nano composite thin film 31: Nano particle layer
33: monolayer 100: anode
110: Carbon nanotube fiber electrode 130: Enzyme layer
150: Linker layer 200: Cathode

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 탄소나노튜브 섬유 전극, 효소를 포함하고 상기 탄소나노튜브 섬유 전극의 외면에 배치되는 효소층, 및 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고 상기 효소층의 외면에 배치되는 링커층을 포함하는 애노드; 및
상기 탄소나노튜브 섬유 전극을 포함하는 캐소드;를 포함하고,
상기 탄소나노튜브 섬유 전극은, 탄소나노튜브 섬유 (CNT Fiber)로 이루어진 중심체, 상기 중심체의 외주면을 둘러싸는 기초층, 금속 나노입자를 포함하고 상기 기초층의 외주면을 둘러싸는 나노입자층, 및 아민기를 갖는 단분자 물질을 포함하고 상기 나노입자층의 외주면을 둘러싸는 단분자층을 포함하며,
상기 아민기를 갖는 단분자 물질은 트리스(2-아미노에틸)아민 (tris(2-aminoehylamine), TREN)인 생체연료전지.
An anode comprising a carbon nanotube fiber electrode, an enzyme layer including an enzyme and disposed on an outer surface of the carbon nanotube fiber electrode, and a linker layer including a monomolecular material having an amine group and disposed on an outer surface of the enzyme layer; And
And a cathode including the carbon nanotube fiber electrode,
The carbon nanotube fiber electrode includes a core body made of carbon nanotube fibers (CNT fiber), a base layer surrounding the outer peripheral surface of the core body, a nanoparticle layer containing metal nanoparticles and surrounding the outer peripheral surface of the base layer, And a monomolecular layer surrounding the outer surface of the nanoparticle layer,
Wherein the monomolecular substance having an amine group is tris (2-aminoethylamine) (TREN).
청구항 7에 있어서,
상기 효소는, 글루코스 산화효소 (glucose oxidase), 및 프룩토스 탈수소 효소 (D-fructose dehydrogenase)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 생체연료전지.
The method of claim 7,
Wherein the enzyme comprises at least one member selected from the group consisting of glucose oxidase and D-fructose dehydrogenase.
삭제delete 청구항 7에 있어서,
상기 효소층에 상기 링커층이 적층된 이중층의 산화층이, 다수 개 적층된 생체연료전지.
The method of claim 7,
Wherein a plurality of oxidized layers of the double layer in which the linker layer is laminated on the enzyme layer are stacked.
삭제delete 삭제delete (a) 폴리머가 용해된 용액에, 2개의 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 각각에 기초층을 코팅하는 단계;
(b) 금속 나노입자가 용해된 용액에, 상기 기초층이 코팅된 각각의 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 나노입자층을 코팅하는 단계;
(c) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 상기 나노입자층이 코팅된 각각의 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 단분자층을 코팅하는 단계;
(d) 효소가 용해된 용액에, 상기 단분자층이 코팅된 어느 하나의 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 효소층을 코팅하는 단계; 및
(e) 아민기를 갖는 단분자 물질이 용해된 용액에, 상기 효소층이 코팅된 상기 탄소나노튜브 섬유를 침지하여, 링커층을 코팅하는 단계;
를 포함하는 생체연료전지 제조방법.
(a) immersing two carbon nanotube fibers into a solution in which a polymer is dissolved, and coating each of the base layers with the carbon nanotube fibers;
(b) immersing each of the carbon nanotube fibers coated with the base layer in a solution in which the metal nanoparticles are dissolved, thereby coating the nanoparticle layer;
(c) immersing each of the carbon nanotube fibers coated with the nanoparticle layer in a solution in which a monomolecular substance having an amine group is dissolved, thereby coating a monolayer;
(d) immersing any one of the carbon nanotube fibers coated with the monolayer in a solution in which an enzyme is dissolved to coat an enzyme layer; And
(e) immersing the carbon nanotube fibers coated with the enzyme layer in a solution in which a monomolecular substance having an amine group is dissolved, thereby coating the linker layer;
Wherein the method comprises the steps of:
청구항 13에 있어서,
상기 기초층에 상기 단분자층이 적층된 이중층의 나노복합체 박막이 다수 개 형성되도록, 상기 (a) 단계, 및 상기 (b) 단계를 순차적으로 반복하고,
상기 효소층에 상기 링커층이 적층된 이중층의 산화층이 다수 개 형성되도록, 상기 (c) 단계, 및 상기 (d) 단계를 순차적으로 반복하는 생체연료전지 제조방법.
14. The method of claim 13,
The step (a) and the step (b) are sequentially repeated so that a plurality of double-layered nanocomposite thin films in which the monolayer layer is laminated on the base layer are repeatedly formed,
Wherein the step (c) and the step (d) are repeated in order so that a plurality of bilayer oxide layers in which the linker layer is laminated on the enzyme layer is formed.
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