나노기술 및 정책 정보

• 목록

중국과학원 허폐이(合肥) 물질과학 연구원 산하 "고체물리 연구소" 소속 "나노소재 및 디바이스 기술 연구부"의 리웨(李越) 연구원 연구팀은 2차원 Au@Ag 나노입자 배열이 H2S의 광학 감지 성능 연구에서 혁신성과를 취득함.

귀금속(Au, Ag 등) 나노입자는 독특한 국지 구역 표면 플라즈마 공명(LSPR)을 가지고 있기 때문에 흡수광 스펙트럼 속에서 SPR 흡수 피크를 보임. 동 흡수 피크 위치는 귀금속 나노 입자의 성분, 형상(形狀)과 국지 유전체(dielectric)의 종류에 따라 이동하므로 생물화학 센서 분야에 응용될 수 있음. 대부분의 LSPR 센서 중에서 프로브 분자와 귀금속 나노입자 간의 상호 작용을 강화하기 위해서는 복잡한 후속 수정 과정을 통해 SPR 피크의 편차(deviation) 이동을 발생시킬 필요가 있음.

그 외, 이런 SPR 피크 편차 이동은 여전히 작기 때문에 민감도는 비교적 낮음. 2차원 사이클 특성을 보유한 귀금속 나노-볼(nano-ball) 배열에 대해 흡수광은 2개의 피크를 나타내는데 금속 나노입자 특징을 가진 SPR 피크를 나타내는 것 외에 2차원 주기적 귀금속 나노-볼 배열로 인한 광 스펙트럼에서 회절 피크를 나타내게 됨. 2차원 주기적 배열의 회절 피크는 주변 환경의 굴절률에 매우 민감하기 때문에 회절 피크 특성을 통해 주기적인 귀금속 나노-볼 배열은 새로운 센서로 사용할 수 있게 됨.

황화수소(H2S)는 색상이 없고, 악취가 나는 달걀 냄새의 기체로, 인체와 생태계에 모두 해를 끼치기 때문에 신속하고 민감하게 H2S를 검출해 내는 것은 필요함. 일상적인 H2S 검출 방법은 형광 스펙트럼 방법, 색상 스펙트럼 방법, 전기화학 방법 등이 있는데 이런 방법들은 사용하는 검출 기기가 복잡하고 샘플에 대한 사전 처리 과정이 번잡한 등의 단점이 있음.

광학 센서, 예를 들면 LSPR 센서는 검출 원가를 낮추고 샘플 처리 과정을 간편화할 수 있지만 H2S 검출에 사용되는 대부분의 광학 센서는 혈장, 세포 등 샘플에 대해서는 심각한 기질(基質) 간섭 효과로 인해 H2S 검출의 선택성을 낮추기 때문에 직접 샘플에 접촉하지 않으면서 신속하고, 민감하고, 고선택성을 가지는 H2S 센서를 개발하는 것은 여전히 도전적인 과제임.

연구팀은 단일층 콜로이드 마이크로 볼 배열을 템플릿으로 사용하고, 스퍼터링 증착 방법으로 템플릿 표면에 Au 막을 증착시키고 소성 처리를 거친 후 주기적 2차원 Au 나노입자 배열을 얻은 다음 다시 한 번 스퍼터링 증착 방법으로 표면에 Ag 막을 증착시켜 Au@Ag 나노 입자 배열을 얻고, H2S에 대해 광학 감지 성능에 대한 연구를 실행하였음.

연구 결과, 배열의 회절 피크는 H2S 농도의 증가에 따라 민감한 적색 이동이 나타났으며, 회절 피크의 파장과 낮은 농도의 H2S(30μM 보다 작음) 간에 좋은 선형 관계를 있음을 확인하였음. 그 외, Ag와 H2S 사이의 특이한 화학 반응 및 샘플과 접촉하지 않는 감지 과정으로 인해 동 배열은 H2S의 검출에 탁월한 선택성을 보였음.

연구팀은 H2S가 포함된 혈장 샘플에 대한 분석을 실행함으로써 동 방법의 유효성을 입증하였음.

본 연구 성과는 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’ ("Highly Selective and Sensitive Detection of Hydrogen Sulfide by the Diffraction Peak of Periodic Au Nanoparticle Array with Silver Coating") 지에 게재됨.