화공생명공학과 강태욱 교수, 기계공학과 김동철 교수 공동연구팀,

균일하고 계층화된 플라즈모닉 나노센서를 쉽고 확장 가능한 힘 인가 모세관 기반 콜로이드 나노입자 전사 방법 개발

- 나노과학분야 국제학술지 ‘Small’ 게재 -

강태욱 교수 연구팀(공동 제1저자: 라주아 연구교수, 황금래 박사후연구원)이 기계공학과 김동철 교수 연구팀(공동 저자: 이현주 박사후연구원)과 펜실베니아 대학교 허동은 교수 연구팀과의 공동 연구 성과로 콜로이드 금속 나노입자를 활용하여, 균일한 3차원 플라즈모닉 구조체를 쉽게 제작할 수 있는 기술을 개발하였다.

이 기술은 플라즈모닉 센서를 이용한 고감도 분자 검출에 필요한 전기장 증폭 구조를 정밀하게 구현할 수 있어, 질병 진단용 진단 플랫폼으로서 높은 잠재력을 보인다.

3차원 플라즈모닉 구조체를 제작하는 기존 방법(예, Langmuir-Blodgett deposition)은 층 수가 증가함에 따라 표면에서의 입자 응집, 층간 비균일성, 표면 전하에 따른 구조적 불안정성과 같은 한계로 인해 균일한 3차원 플라즈모닉 구조체를 형성하기 어려웠다.

본 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 모세관을 기반으로 낮은 세기의 외력을 이용한 적층 기술을 제안하였다.

물/공기 계면에 형성된 콜로이드 금속 나노입자 단층막을 모세관 내부로 분리한 뒤, 수 pN 수준의 외력을 인가하여 단층막을 기판에 전사했다. 이 방식은 입자 간 에너지 장벽을 극복해 비가역적인 층간 흡착을 유도함으로써 균일한 3차원 구조체를 형성할 수 있음을 보여주었다. 본 제작 방법은 Langmuir-Schaefer 방법으로 제작한 구조체보다 표면 및 라만 신호 균일성이 증가하였으며, 입자 크기, 표면 전하, 조성에 영향, 층 수에 영향이 크지 않음을 보여주었다.

또한, 제작한 구조체를 이용해 단백질 바이오마커를 분석했을 때, 최대 104배 향상된 민감도를 확인하였다.

<그림 1>

▲ 개발한 균일하고 계층화된 플라즈모닉 나노센서를 쉽고 확장 가능한 힘 인가 모세관 기반 콜로이드 나노입자 전사 방법 모식도

해당 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 ‘해외우수연구기관협력허브구축사업’과 ‘중견연구자지원사업’, ‘세종과학펠로우십’의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 나노과학분야 상위 국제학술지 ‘Small’(Impact Factor: 12.1, JCR 상위 10% 이내)에 게재되었다.

논문 제목: Facile Scalable Assembly of Uniform and Layered Plasmonic Hotspots by Force-Assisted Capillary-Mediated Colloidal Transfer

논문 링크: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202507365