“분자 하나도 놓치지 않는다!”.. 초정밀 SERS 기반 센서 개발

한 번의 검출로 단일 분자까지 감지할 수 있는 초정밀 센서 기술이 개발됐다.

물리학과 나노옵틱스 연구실은 온도 변화에 따라 나노미터 크기의 갭을 정밀하게 조정할 수 있는 플라즈모닉 구조를 구현하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 기술을 이용하면 분자의 크기에 맞춰 실시간으로 나노갭을 조정할 수 있어 기존 센서보다 월등한 감도로 분자를 검출할 수 있다.

이번 연구에서 개발된 유연성 나노갭 구조는 표면증강 라만 분광법(SERS)의 핵심 부품으로 작용한다. SERS는 입사광이 금 박막 기반의 금속 나노구조에서 국소 표면 플라즈몬 공명을 유도함으로써 형성되는 강한 근거리장을 이용해, 분자의 라만 신호를 수백만 배까지 증폭시키는 분석 기법이다. 유연성 기판을 활용함으로써 나노갭의 동적 조절이 가능해졌고, 이로 인해 기존에는 분석이 어려웠던 다양한 크기의 분자들도 효과적으로 검사할 수 있는 가능성이 열렸다.

[연구그림] 온도로 조절 가능한 나노갭 센서의 작동 원리

연구팀은 온도 조절을 통해 나노갭을 조정하는 방식을 개발해 SERS 신호를 약 10⁷배 강화하는 데 성공했으며, 단일 분자 검출이 가능한 수준인 10⁻¹² M의 검출 한계를 달성했다.

연구를 주도한 모가담 (Moghaddam) 박사는 “온도 변화를 이용해 나노갭을 정밀하게 조절할 수 있어 기존 SERS 센서보다 훨씬 높은 감도를 구현할 수 있다”며 “이 기술은 특히 단일 분자 수준에서 정확한 분석을 가능하게 하며, 다양한 환경 및 의료 진단 분야에서 활용될 잠재력이 크다”고 설명했다.

연구 결과는 재료과학 분야의 권위 있는 학술지 어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈(Advanced Optical Materials)에 온라인 게재돼 정식 출판을 앞두고 있다. 연구 수행은 한국연구재단의 연구 지원을 받아 수행됐다.