물젖음 현상을 이용한 색변환 빛스위치 기술 개발

물젖음 현상을 이용한

색변환 빛스위치 기술 개발

최저 간극 10나노미터 급 분자 검지 기술 제공 실마리

국내 연구진이 맨눈으로 검지 가능한 색변환 분자 감지 센서의 원천기술을 확보하였습니다.

한국연구재단은 한국과학기술연구원(KIST) 및 고려대학교 KU-KIST 융합대학원의 유용상 박사 연구팀이 광 공진 기판에서 물방울 젖음 특성을 갖게 하는 전기 습윤1) 기반의 광학 스위치 센서 기술을 개발하였다고 밝혔습니다. 한국연구재단 기초연구 기초공감

최근가지 나노광학 구조체를 활용하여 바이오센서를 구현하는 연구가 활발하게 진행되어 왔으나, 나노 구조체 센서들은 모두 물 환경을 배제하는 구조적 특성을 보임으로 인하여 나노와 물과의 만남은 과학이 극복해야 할 장벽으로 여겨졌습니다. 머리카락 굵기의 약 1,000~100,000분의 1 두께인 나노 구조체는 빛과 전기 등에 높은 민감도로 인하여 센서에서 높은 성능지표를 보여주지만, 물을 투과시키지는 못하는 특성으로 인해 센서로의 응용성이 극히 제한되어 왔습니다. 한국연구재단 기초연구 기초공감

이에, 실제 바이오센서로 활용되기 위해서는 나노 구조와 물 환경을 접목시키는 기술이 필수적입니다.

물 안에서 반응해야 하는 생체기반 분자들이 나노구조 내부로 접근되지 않는다면 나노 구조물의 사용 자체가 무용지물입니다. 따라서, 매우 작은 크기의 광전기적 센서 내부구조에서 젖음성을 보장할 수 있는 기술이 필요하나, 현존하는 기술로는 10 나노급의 나노입자 구조체 내부로 순수한 물을 투과시키는 것은 어려웠습니다. 한국연구재단 기초연구 기초공감

연구팀은 전기 습윤 현상에 기반하여 젖음성 환경을 유도, 극미세 간격의 10 나노미터 크기를 가진 매우 작은 나노구조체 표면에서 젖음성을 보장할 수 있는 방법을 규명하였고, 이를 광 공진기2) 구조체에 적용하여 광학 스위치 및 센서 기술을 개발하였습니다. 한국연구재단 기초연구 기초공감

이를 활용해 복잡한 장비 없이 수중에 극미량 존재하는 글루코스(glucose; 혈당검지용 타겟 분자) 농도를 색으로 구분하는 현장 감지 기술을 개발했습니다. 또한, 나노 스케일에서 일어나는 젖음성 변이 현상을 시각적으로 실시간 관측하는데 성공하였습니다. 특히 물이 10 나노미터 구조 내부로 통과된 경우에만 색상이 변하는 빛 스위치를 개발, 나노구조에서 발생하는 젖음 현상을 실시간으로 모니터링할 수 있는 길이 열렸습니다.

한국연구재단 기초연구 기초공감

연구팀은 개발한 기술을 다양한 광학 센서에 적용할 수 있을 것으로 보고, 특히 단일 및 다분자가 광 공진구조 안으로 들어가면 공진파장을 바꿔 다른 색상을 내는 특성을 적용하여 글루코스 농도에 따라 색을 다르게 감지할 수 있는 혈당센서 등으로 응용이 가능할 것이며, 후속 연구 등을 통해 다양한 의·치료 목적의 분자 검지 기술로 호환 가능성을 기대하고 있습니다.

이번 연구의 성과는 분자검지 분야 국제학술지 ‘스몰(small)’에 2월 21일 게재되었습니다.

<과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구) 등의 지원으로 수행되었습니다.>


1) 전기 습윤 : 전기를 인가해줌으로써 전기표면에 물의 젖음성이 향상/감쇄되는 현상

2) 광 공진기 : 백색의 비칭 특정 나노구조체에 흡수/반사되는 환경에서 특정 공진파장만 흡수하고, 방출된 파장만을 관찰할 수 있게 만든 빛 기반의 장치

출처: 한국연구재단


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[출처] NRF 기초연구사업 공식블로그