분자 각인 실리카 기반 고감도·고선택성 시프로플록사신 전기화학 센서 개발

국문 초록 (Abstract)

시프로플록사신(CIP)은 동물 질병 치료에 널리 사용되지만, 남용으로 인해 토양과 수자원이 오염되고 동물성 식품에 축적될 수 있다. 이러한 오염은 약물 내성과 알레르기 반응을 유발하여 인체 건강에 심각한 위협이 된다.
본 연구에서는 CIP를 선택적이고 초고감도로 검출하기 위한 분자 각인 실리카(MIS) 기반 전기화학 센서를 개발하였다. 이 센서는 스크린 프린팅된 전극에 테트라에틸 오르토실리케이트를 실리콘 전구체로 사용하고, 비닐트리에톡시실란 및 (3-머캅토프로필)트리메톡시실란을 기능성 단량체로 활용하여 분자적으로 인식된 실리케이트 박막을 전기 증착하는 방식으로 제작되었다.
개발된 센서는 0.014 µM의 낮은 검출 한계, 0.01–20 µM의 넓은 선형 범위, 높은 선택성, 재현성 및 재사용성을 보였다. 또한 꿀 시료에서 CIP 검출에 성공적으로 적용되었으며, 5% 미만의 상대 표준 편차(RSD)로 우수한 회수율을 기록하여 형광 분광법과 유사한 결과를 얻었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ciprofloxacin (CIP) is widely used to treat animal diseases. However, its chronic abuse has led to severe contamination of soil and water resources and its accumulation in animal-derived foods. This contamination can cause adverse effects such as drug resistance and allergic reactions, posing a serious threat to human health.
Thus, in this study, a molecularly imprinted silica-based (MIS) electrochemical sensor was designed for the selective and ultra-sensitive detection of CIP in honey. The sensor was fabricated by electrodepositing a molecularly imprinted silicate thin film onto a screen-printed electrode using tetraethyl orthosilicate as the silicon precursor, along with vinyltriethoxysilane and (3-mercaptopropyl) trimethoxysilane as functional monomers, and CIP as the template molecule. The MIS CIP sensor exhibited a low detection limit of 0.014 µM, a linear range of 0.01–20 µM, and high selectivity, reproducibility, and repeatability. The sensor was successfully applied to the determination of CIP in honey, achieving good recoveries with a relative standard deviation (RSD) of less than 5%, comparable to the results obtained using fluorescence spectroscopy analysis.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제1절 연구의 목적 1
• 1. 시프로플록사신 항생제 1
• 2. 시프로플록사신 검출의 필요성 2
• 제2절 연구의 범위 3
• 1. 탄소 기반 전기화학 센서 3
• 제3절 연구에 관한 이론적 배경 4
• 1. 시프로플록사신의 특성 4
• 2. 전기화학 센서 구성 6
• 3. 전극 개질 방법 7
• 3.1. 분자 각인 기술 7
• 3.2. 졸-겔(Sol-Gel) 중합법 8
• 제2장 재료 및 실험 방법 10
• 제1절 실리카 무기소재 10
• 1. 실리카 전구체 10
• 2. 실란 커플링제(Silane coupling agent) 11
• 제2절 졸 형성 및 전극 개질법 13
• 제3절 센서의 특성 평가 14
• 1. 시프로플록사신에 대한 민감도 평가 14
• 2. 전기화학 유효 표면적 14
• 3. 전기화학 메커니즘 분석 15
• 4. 형광 분광법 분석 15
• 제3장 결과 및 고찰 16
• 제1절 순수 탄소 전극에서의 항생제 산화 16
• 제2절 전극 조건 최적화 18
• 1. 실란 커플링제 최적화 20
• 제3절 분석 조건 최적화 22
• 1. pH에 따른 영향 22
• 제4절 개질 된 전극의 특성 분석 24
• 1. 전극에서 시프로플록사신의 산화 26
• 2. 표면 형태학 연구 26
• 2.1 전기화학 유효 표면적 평가 26
• 2.2 전기화학 메커니즘 평가 28
• 제5절 개질된 전극 평가 30
• 1. 민감성 (Sensitivity) 30
• 2. 선택성 (Selectivity) 32
• 3. 재현성 (Reproducibility) 34
• 4. 재사용성(Reusability) 35
• 5. 실제 샘플 검출 및 기존 기기와의 비교 36
• 6. 성능 비교 38
• 제4장 결 론 40
• 참 고 문 헌 41