화학과 박성호 교수 연구팀, 바이오센싱이 가능한 이중 프레임 복잡구조체 합성기술 개발

- 나노소재를 이용한 광학, 센서, 바이오 분야에 활용 기대

- Nature Communications 게재

화학과 박성호 교수 연구팀(공동1저자 Hilal Hajir 석박통합과정, Qiang Zhao 석박통합과정)은 수용액 상에서 새로운 화학반응을 통해 복잡구조를 가지는 나노입자를 합성하고 빛과의 상호작용을 극대화시켜 바이오물질 검출이 가능한 나노프로브를 개발하였다.

표면 증강 라만 산란 분석 방법(Surface-enhacned Raman spectroscopy, SERS)은 초민감 분석 기법으로서 다양한 화학적 생물학적 분자 검지에 이용된다. 나노크기의 금 또는 은 나노입자에서 일어나는 국소 표면 플라즈몬 공명현상으로 인해 금 또는 은 나노입자들은 표면 증강 라만 산란 분석 방법에 널리 이용된다. 그러나 기존에 보고되어온 구 또는 막대 형태의 나노입자는 낮은 전자기장의 증강효율로 인해 극미량의 검출이 어려워 라만 분광법의 상업적 발전이 제한적이었다.

박성호 교수 연구팀은 이를 해결하기 위해 새로운 다단계 화학적 습식법을 개발하여 빛과의 상호작용을 극대화할 수 있는 이중-림을 가지는 나노프레임(Dual-rim nanoframes)을 합성하였다. 이중-림을 가지는 나노프레임 구조체에 항체를 코팅하여 면역분석에 기반한 표면 증강 라만 산란 분석법을 이용해 저농도(10 pM)의 호르몬을 검출할 수 있었다. 이는 나노입자 주변의 강한 국소 전기장의 증강 및 바이오 샘플에 의해 변형되지 않은 안정한 금 표면으로 인해 저농도의 시료 검출이 가능했고, 이는 이후 기존 나노입자로는 쉽지 않았던 바이러스 등에 대한 라만 분광분석 기법에 기반한 측정에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.  

박성호 교수는“본 연구에서는 다단계 화학 반응을 정교하게 적용하여 이중-림을 가지는 나노프레임이라는 복잡한 나노구조체를 합성할 수 있었고, 합성된 이중-림을 가지는 나노프레임 입자는 나노입자 내부 갭에 근거리 전자기장을 효과적으로 응집시킬 수 있어 저농도 호르몬 분석에 응용할 수 있었고, 이러한 복잡 나노구조체 합성 전략은 기존 답보되어온 라만 기반 분석법을 한 단계 높은 수준으로 끌어올릴 뿐만 아니라 관련 광학, 센서, 바이오 분야에 다양하게 활용될 것으로 기대된다.”고 밝혔다.

본 연구는 2021년 정부(방위사업청)의 재원으로 국방과학연구소(미래도전국방기술연구개발사업)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 화학 분야 최상위 학술지인 Nature Communications(IF 17.69, JCR 상위 7.53%)에 8.16.(화) 게재되었다.

※ 논문명 : Three-dimensional nanoframes with dual rims as nanoprobes for biosensing