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'표면강화라만분광기술'에 해당되는 글 1

  1. 2012.05.04 집에서 암 진단하는 바이오칩, 반도체 공정으로 대량 생산 가능
2012. 5. 4. 11:01 대덕밸리과학소식/KAIST

첨단기술이 집약된 '바이오칩'은 혈액 몇 방울로 집에서도 암을 포함한 모든 질환을 진단할 수 있는 기반이 됩니다.

나노플라즈모닉스는 금속나노구조표면에 빛을 집광시켜 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있는 나노광학 분야로, 최근 DNA, 단백질, 항체 또는 세포 등을 감지하는 위한 바이오칩 개발에 필수적인 기술입니다.

그러나 사람 머리카락의 1/1000의 크기를 갖는 금속나노구조를 넓은 면적의 유리기판에 균일하게 제작하는 것이 어려워 바이오칩 상용화에 걸림돌이 되어왔습니다.

KAIST 바이오및뇌공학과 정기훈 교수와 오영재 박사과정생(제1저자)은 3차원 나노플라즈모닉스 구조를 이용해 검출가능 한계를 수십 배 이상 향상시킨 초고감도 바이오칩 양산기술 개발에 성공했습니다.

유리기판에 넓은 면적으로 제작된 나노플라즈모닉 기판

정 교수팀은 유리기판 위에 은나노 필름을 입히고 열을 가해 은나노섬을 만들었습니다.

그리고 반도체에 적용되는 식각공정을 이용해 3차원 금속나노구조를 유리기판에 균일하게 형성하고 나서 은나노 입자를 증착시켰습니다.

나노플라즈모닉 기판의 전자현미경 사진(단면도) 및 전자기장 시뮬레이션. 전자현미경 사진은 3차원적인 금속나노구조가 형성된 것을 보여주고 있으며 이를 통해 나노미터 수준의 갭(gap)을 가진 구조를 설계해 국소 전자기장 극대화를 통해 라만분광 신호 증가를 유도하였음. 시뮬레이션은 나노갭에서 강화된 전자기장을 나타냄.

초고감도 나노플라즈모닉 기판의 대면적(직경4인치) 나노공정 순서도.a) 은나노섬을 증착해 식각과정의 마스크로 사용. b) 식각과정을 통한 유리 나노필라어레이(glass nanopillar arrays) 형성c) 증착을 통한 다수의 나노갭을 가지는 나노플라즈모닉 구조 형성.

이 구조는 나노플라즈모닉 현상을 유발하는 다수의 나노갭을 갖고 있어 입사되는 빛의 세기를 수십배 향상시킬 수 있습니다.

또한 상용화중인 반도체 증착공정을 그대로 사용 가능하기 때문에 즉시 양산기술에 적용할 수 있습니다.

정 교수팀은 유리기판위에 표면강화라만분광기술을 접목해 별도의 형광물질 없이 나노몰 수준의 DNA 염기 4종류를 1초 안에 구분했습니다.

이번에 개발된 기술은 향후 실시간 초고감도 DNA 분석은 물론, 신약개발용 약물 스크리닝 등 다양한 질환의 조기진단기술에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대받고 있습니다.

이번 연구결과는 재료 및 나노분야 세계적 학술지인 '어드밴드스 머터리얼스(Advanced Materials)' 5월호(2일자) 표지논문으로 선정됐습니다.

좌측 : 정기훈 교수, 우측 : 오영재 박사과정(제1저자)


 용  어  설  명


라만 분광 (Raman Spectroscopy)
빛(광자)이 입자에 의해 산란될 때 발생하는 비탄성 산란 현상. 이 과정에서 빛의 에너지가 변화하며 생체분자(biomolecules) 또한 산란과정에서 고유의 라만산란(에너지 변화)을 나타내므로 이를 분광학적으로 분석하여 분자 검출 및 분석에 응용이 가능. 

나노플라즈모닉스 
금속나노구조는 빛이 입사될 때 표면의 자유전자가 광자(photons)에 반응하여 진동하고, 입사되는 빛 중 특정파장의 세기를 크게 향상 시킬 수 있다.
이러한 물리적 현상은 다루는 나노광학분야를 나노플라즈모닉스라고 불리우며, 금속나노구조를 이용한 국부적으로 강화된 빛의 세기를 이용한 다양한  응용분야가 최근 활발히 개발 중이다.

표면증강라만분광 (Surface-enhanced Raman Spectroscopy)
라만 분광은 일반적으로 신호가 작아 생체분자 검출이 어렵다는 단점이 있다.
이를 나노플라즈모닉스 기술을 이용하여 금속나노구조 근처에서 강화된 빛의 세기를 통해 라만산란 신호를 극대화하여 검출능을 향상시키는 기술을 표면증강라만분광기술이라고 한다.

 

<정기훈 교수>

1. 인적사항
 ○ 소 속 : 카이스트 바이오및뇌공학과
 
2. 학력
  1996: 성균관대학교 (학사: 기계공학 전공)   
  1998: 성균관대학교 (석사: 기계공학 전공)  
  2005: University of California, Berkeley, USA (박사: 기계공학 전공)  
 
3. 경력사항
  2006 - 2010: 카이스트 바이오및뇌공학과 조교수  
  2011 - 현재: 카이스트 바이오및뇌공학과 부교수 

 

posted by 글쓴이 과학이야기

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