▲ 정기훈 교수

[충청포스트] 육심무 기자 = 한국과학기술원(KAIST) 바이오및뇌공학과 정기훈 교수 연구진이 물질의 고유한 산란광을 포착해 물질을 검출하는 생화학 센서의 효율적인 설계기준을 제시했다.
  
빛을 물질에 집중시켜 보다 센 산란광을 만들도록 돕는 금 나노입자들간 최적의 거리를 도출한 연구결과로 생화학센서의 감도향상에 응용될 것으로 기대된다.

미래창조과학부가 지원하는 중견연구자지원사업(도약)의 지원을 받아 수행한 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials) 최신호(7월 9일자) 속표지(Frontispiece) 논문으로 선정되어 게재됐다.  (논문명 : A Deformable Nanoplasmonic Membrane Reveals Universal Correlations Between Plasmon Resonance and Surface Enhanced Raman Scattering)

금이나 은 나노입자 표면에 물질이 흡착되면 금속 나노입자 표면에있는 자유전자들의 공명으로 입사된 빛이 수백 배 이상 증폭되면서 흡착된 물질의 산란광을 증폭시켜 센서의 감도를 높일 수 있다.
 

이때 금속 나노입자간 거리에 따라 빛을 집중시키는 효과가 달라질 수 있어 검출 대상물질이나 금속 나노입자의 종류 등에 따라 최적의 거리를 선택하는 것이 관건이었다.

연구진은 나노입자간 간격을 연속적으로 조절하여 검출 대상물질에 따라 산란광의 세기를 극대화할 수 있는 금 나노입자 간의 간격을 정량화했다.

금 나노입자 배치를 위한 참고자료로 활용할 경우 보다 효율적인 고감도 생화학 센서 플랫폼 설계와 개발을 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.

정량화는 말랑하고 투명한 고분자(PDMS) 기판 위에 금 나노입자를 놓고 기판을 풍선처럼 부풀려 늘리는 방식으로 나노입자간 간격을 연속적으로 조절할 수 있는 기판을 이용해 이뤄졌다.

종전 검출 대상물질마다 산란광의 세기를 증폭시킬 수 있는 금속 나노입자 사이 거리를 찾고 이에 맞춰 기판을 제작하는 번거로움을 해소할 수 있을 것으로 기대된다.

정기훈 교수는 “본 연구에서 규명한 국소 표면 플라즈몬 공명 파장*의 설계 방법은 여기 광의 신호를 증진시킬 뿐만 아니라 분석대상의 산란 또한 증진시키기 때문에, 검출하고자 하는 분자의 특정신호만을 강화시키는 데 적용할 수 있다”고 설명했다.
 

국소 표면 플라즈몬 공명(Localized surface plasmon resonance, LSPR) 은 금속에 빛이 입사될 경우 금속 내의 자유 전자가 집단적으로 진동하는 현상으로 금속 표면에 국소적으로 매우 증가된 전기장이 발생한다.

한편, 이 연구에서 규명한 국소 표면 플라즈몬 공명 파장의 설계 방법은 여기 광의 신호를 증진시킬 뿐만 아니라 분석 대상 물질에 함유된 라만-활성 리포터 분자의 라만 산란 또한 증진시킴으로써, 고 강도의 표면 증강 라만 산란을 발생시킬 수 있다.

또 여기광의 신호 증진과 라만-활성 리포터 분자의 라만 산란에 의한 신호 증진이라는 두 신호 증진을 모두 극대화 시킬 수 있는 보편적 설계기준을 제공함에 따라, 표면증강라만산란 신호 강화를 위한 새로운 표면증강라만산란법을 위한 플랫폼의 설계 및 개발 방향을 제시해 줄 수 있다.