서강대학교 화공생명공학과 나노플라즈모닉스 연구실
연구실 개요
서강대학교 나노플라즈모닉스 연구실에서는 바이오의학 분야 적용을 위한 생체물질, 미생물 대사산물과 같은 고부가가치 소분자 및 각종 환경 유해물질 등의 실시간 초고감도 모니터링을 위한 표면증강 라만 산란분석용 복합 플라즈모닉 나노구조체 제작 및 공정기술 개발을 연구하고 있다. 우수한 물리·화학적 특성을 갖는 플라즈모닉(금속) 복합 나노구조체는 바이오의학, 에너지, 그리고 환경모니터링 분야에서 차세대 소재로 주목받고 있다. 그러나 이러한 소재의 현장적용을 가능하게 하기 위해서는, 환경 유해, 낮은 수율 및 선택도, 콜로이드 불안정성, 광학특성 최적화, 유기기능성분자 테더링, 다기능성 플라즈모닉 나노입자의 구조안정성 등 몇 가지 핵심 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 새로운 형태의 플라즈모닉 복합 나노구조체 제작 및 공정기술 개발이 요구된다. 본 연구실에서는 이러한 복합 금속 나노 구조체 표면 개질 및 표면증강라만산란법을 통해 용존 C1 가스와 대사 산물의 고감도 검출 및 검출 기술 최적화 연구를 진행하고 있다.
주요 연구 내용 소개
1. 플라즈모닉 금속 나노 구조체 제작
가시광선 파장 대에서의 광학흡수(optical absorption)에 기반한 분광학(spectroscopy)은 측정 및 데이터처리의 간단함, 범용성, 비표지 분석 등의 여러 장점으로 인해 오늘날 화학이나 생물학 분야에서 가장 널리 쓰이는 분석방법중의 하나이다. 이러한 분석방법은 가졌던 낮은 감도 및 공간 분해능, 긴 검출시간이라는 문제점을 가졌었으나 다양한 금속 나노 구조체의 도입을 통해 이러한 단점을 해결할 수 있었다. 본 연구실에서는 다양한 콜로이드 결정성장 메커니즘에 대한 이해를 기반으로 한 금속 나노 구조체의 크기, 모양, 조성에 제한 없는 제작을 통해 근거리 및 원거리장에 해당하는 광학 특성 및 물리 화학적 특성의 최적화 및 정밀 제어 연구를 진행하고 있다. 이를 통해 화학, 생물, 환경 및 의학분야의 원천과 응용기술에 널리 쓰이는 형광 및 라만 기반 광학분석법의 감도(sensitivity), 검출시간 등을 근본적으로 개선할 수 있다.
2. 라만산란 기반 분자 검출 플랫폼 설계
제작한 플라즈모닉 나노 구조체의 신호 증폭 효과를 활용한 광학적 분자 검출을 위해서는 콜로이드 금속 나노 구조체의 2차원 대면적 계면 집적 및 배열이 요구된다. 본 연구실에서는 계면 에너지 제어를 통한 나노 구조체의 계면 배열과 이를 이용한 최적의 라만 산란 기반 분자 검출 플랫폼 설계를 진행하고 있다.
3. 용존 C1 가스 및 대사산물 검출
본 연구실에서는 생물학적 반응기 내에서 용존 C1 가스 및 대사산물의 고감도/실시간 검출을 위한 금속 나노 구조체를 제작하고 있다. 대표적으로는 C1 가스와 나노 구조체 표면과의 화학적 흡착을 이용하기 위하여 금속 나노 구조체에 전이금속을 증착시킨 제작 방법이나 정전기적 인력을 활용하기 위해 금속 나노 구조체 표면을 개질하는 연구를 진행 중이며, 이를 바탕으로 용존 C1가스와 대사산물의 라만산란 기반 검출 연구를 진행하고 있다. 또한 이를 활용하여 실시간 모니터링을 위한 분광 플랫폼 설계에 대해서도 연구 중이다.
연구실 현황
나노플라즈모닉스 연구실에서는 강태욱 교수를 비롯하여 박사과정 2명과 석사 과정 7명, 총 9명의 연구원이 각종 정부 및 기업 과제를 수행하고 있다. 본 연구실은 최근 5년 동안 총 21편의 SCI(E)급 국제 논문을 발표하고 국내외 특허출원 18건 등의 우수한 연구 실적을 올리고 있으며, 특히 Applied Physics Letters, Small, Angewandte Chemie International Edition, Chemical Communications, Advanced Materials에 표지 논문을 게재한 바 있다. 또한 University of Pennsylvania, UC Berkeley 등 해외 우수 연구팀과 활발한 공동 연구 및 연구원 교류를 진행하고 있다. 본 연구팀은 계면에너지의 미세 제어를 통해 계면에 나노입자를 2차원으로 자가 배열함으로써 다양한 다기능성 복합 나노 구조체를 제작하고 있다. 또한 이를 생체 내 외 초고감도 분자 검출 등에 다양하게 활용하고 있다.
