나노기술 및 정책 정보

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임신 테스트와 신종 코로나 바이러스에 대한 빠른 감지 테스트는 동일한 방식으로 작동함. 이들은 표면(일반적으로 금속으로 제작)을 포함하고 있으며, 화학 나노센서가 소변, 타액 또는 혈액 샘플에서 특정 단백질이나 바이러스의 일부가 존재함을 나타내는 특정 화합물을 감지하여, 센서가 표적 화합물과 접촉하면 테스트 결과가 양성으로 나타남.

이 생물학적 메커니즘은 육안으로는 보이지 않지만, 금속 구조는 빛과 상호 작용할 수 있게 하여 빛의 움직임을 방해함. 이는 금속 표면의 센서가 표적 화합물과 접촉했음을 알려주는 것임.

스위스 로잔 연방 공과대학교(EPFL)의 연구진은 이 기술을 보다 민감하고 효과적으로 개발함.

실험을 수행하기 위해 연구진은 나노센서가 놓인 금속 표면에 알루미늄을 사용함. 알루미늄 바로 아래에 전기를 전도하지 않는 실리콘 층을 추가함. 실리콘은 사운드 박스처럼 작동하여, 시스템에서 실리콘 층은 공진기 역할을 하고 금속의 반응을 증폭하여 시스템을 더욱 민감하게 만들 수 있음. 즉, 더 작은 단백질이나 더 작은 농도의 바이러스를 탐지할 수 있게 됨.

샌드위치형 시스템은 나노미터 규모로 작동함. 시스템은 탐지하려는 물체(이 경우에는 단백질과 바이러스)와 동일한 규모로 작동해야 하며, 사용하는 규모에 따라 광학 응답이 달라짐. 은 막대는 우리에게 회색으로 보일 수 있지만 나노미터 규모에서는 은 입자가 실제로 파란색으로 보임.

과학자들이 금속과 전기 절연체를 결합하여 의료 테스트 시스템을 개발한 것은 이번이 처음임. 연구진은 금속과 유전체 재료를 위한 나노구조를 설계하는 방법을 알고 있지만 여전히 둘을 결합하는 법을 찾아야 한다고 함. 향후 연구진은 또 다른 금속으로 실험할 계획이며, 광학 공명이 가능한 강하도록 장치의 구조를 최적화하고자 함.

본 연구 성과는 Nano Letters ("Hybrid Metal-Dielectric Metasurfaces for Refractive Index Sensing")에 게재됨.