나노기술 및 정책 정보

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러시아 톰스크 공과 대학교(Tomsk Polytechnic University)의 연구진은 공동연구를 수행하여 두 층의 나노포어를 가진 새로운 센서를 개발함. 이 센서는 키랄 분자의 도핑 물질 중 하나에 대한 센서로서의 효율성을 보여줌.

재료는 직경 20-30nm의 기공이 있는 두꺼운 웨이퍼로, 이 두꺼운 웨이퍼 위에 Zn 이온과 유기 분자로부터 금속-유기 프레임 워크(MOF) 층을 성장시킴. MOF에는 약 3nm 나노포어만 있음.

이 센서는 키랄 분자로 작동할 수 있고, 키랄 분자로 구성된 이러한 물질은 의료용 약물 및 생물학적 활성 화합물 중 많이 있음. 그들의 특징은 실제로 동일한 구조와 물리적 특성을 가진 동일한 분자인 두 개의 거울상 이성질체로 구성되어 있지만 서로의 거울상임. 이 차이로 인해 거울상 이성질체는 다양한 생물학적 효과를 가질 수 있음. 하나의 거울상 이성질체는 효과적일 수 있고 두 번째 거울상 이성질체는 해를 끼칠 수 있음. 주요 과제는 생물학적 샘플에서 두 거울상 이성질체를 모두 검출해야 한다는 것임.

연구진은 표면 플라즈몬 공명 효과에 대해 작동하는 키랄 센서를 만드는 데 특화되어 있고, 이 연구 작업에서 완전히 새로운 구조를 제공함.

빛(예: 레이저 광선)이 이 물질에 비추면 표면 플라즈몬 공명 효과가 금 다공성 필름에 발생함. 표면 플라즈몬 공명은 휴대용 SERS(surface-enhanced Raman spectroscopy) 센서로 감지할 수 있는 분석 신호의 기원임. 신호로 인해 MOF가 어떤 물질을 어떤 양으로 포착하는지 정의할 수 있음. 전체 분석 절차는 5분도 채 걸리지 않음.

이 구조를 통해 동시에 두 가지 플라즈몬 효과, 즉 필름 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 효과와 모공에서 국부적인 표면 플라즈몬 효과를 얻었음. 다른 구조를 사용하면 이러한 시너지 효과를 얻을 수 없음. 또한, 모공은 필터 역할을 두 번하고 센서를 차단할 수 있는 다른 혈액 성분에서 필요한 물질을 분리할 수 있게 해줌.

연구진은 모델 솔루션뿐만 아니라 도핑 물질이 첨가된 혈장과 혈청에서도 센서의 감도를 테스트함. 수행된 실험에서 두 개의 센서가 사용됨. 각각은 이 물질의 특정 거울상 이성질체의 정의를 담당함.

크로마토 그래피와 같은 키랄 화합물의 정의를 위한 표준 방법은 비용이 많이 들고 이를 사용하려면 복잡한 장비와 특별한 기술이 필요하지만, 개발된 센서는 훨씬 저렴하고 사용이 간편한 휴대용 SERS 센서에 적합함.

본 연구 성과는 Biosensors and Bioelectronics ("Enantioselective SERS Sensing of Pseudoephedrine in Blood Plasma Biomatrix by Hierarchical Mesoporous Au Films Coated with a Homochiral MOF")에 게재됨.