나노기술 및 정책 정보

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● 한국교통대학교 전기공학전공의 이원석 교수, 전남대학교 AI 융합대학의 방도연 교수, 성균관대학교 바이오메카트로닉스학과의 박진성 교수 공동 연구팀이 소나무꽃을 모사한 은ㆍ금 계층 나노 구조체를 개발하고 이를 이용해 높은 민감도로 독성물질(카드뮴 이온, 아밀로이드 베타 올리고머)을 검출하는 표면증강 라만 산란 센서를 개발

● 표면증강 라만 산란 기법(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)은 매우 높은 민감도와 분자 특정성으로 인해 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 레이저 조사 시에 발생하는 검출 물질만의 고유한 스펙트럼을 분석해 검출 물질에 대한 높은 민감도의 정량ㆍ정성 분석이 가능

● 이러한 표면증강 라만 산란 기법은 주로 검출 물질을 부착하는 기판의 나노구조에 따라 그 성능이 결정되며 이를 위해 다양한 나노 구조체(나노입자, 나노구조, 계층구조 등)를 개발하고 있지만, 나노 구조체의 복잡한 생성방식과 산화에 의한 효율 감소 등의 한계점이 존재

● 이에 연구팀은 높은 민감도와 안정성을 가지는 표면증강 라만 산란 기판을 제작하고자 했고, 이를 위해 소나무꽃의 구조를 모사한 금과 은으로 구성된 2차 계층 나노 구조체를 생성

● 가장 높은 효율의 민감도와 안정성을 가질 수 있도록 다양한 최적화 실험과 유한요소해석 기반 전자기적 시뮬레이션을 진행하였으며, 라만 지시자에 대한 검출 효율 검증과 기판의 균일성, 시간에 따른 기판 안정성 등에 대한 실험을 진행해 성능도 검증

● 이를 토대로 연구팀은 최종적으로 수계 내 대표적인 중금속 카드뮴 이온의 고민감도 검출을 실시하여 식수 내에 포함되어 있는 10pM의 카드뮴 이온 검출에 성공하였으며, 치매 유발 인자로 알려진 아밀로이드 베타 올리고머를 혈장 내에서 10pM까지 검출하는데 성공

● 해당 연구로 다양한 생체모사 기술이 센서 기술로 활용이 될 수 있으며 표면증강 라만 산란 센서 분야에서 센서의 효율을 극대화 시킬 수 있는 가능성을 확인

※ ACS Sustainable Chemistry & Engineering> 게재(2022.02.25.), “Biomimetic Nano-Pine-Pollen Structure-Based Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Sensing Platform for the Hypersensitive Detection of Toxicants: Cadmium and Amyloid”

※ 한국연구재단(전략과제, 바이오의료기술개발사업) 지원