루투자(전자, 박사과정), 듀얼 하이브리드 표면강화 라만분광법(SERS) 시스템 개발
본교 이지훈 교수 연구팀(전자공학과)은 루투자 박사과정 연구원(제1저자)과 함께 메타표면 코어쉘 금-백금 하이브리드 나노입자를 적용하여 듀얼 표면강화 라만분광법 (SERS) 시스템을 개발하는데 성공했다. 하이브리드 표면강화 SERS 플랫폼은 크리스탈 바이올렛(CV)의 분자 라만 진동을 강화하기 위해 코어쉘 금-백금 하이브리드 나노입자(HNP)에 이황산 몰리브덴(MoS2) 나노입자를 통합하는 형태로 개발되었다.
고밀도의 배경 Au NP와 독특한 구조의 코어쉘 AuPt HNP의 고농도의 전자기 핫스팟을 제공한다. 코어쉘 금-백금 하이브리드 나노입자는 고유한 듀얼스텝 고체상태 습윤방법에 의해 제조되었으며, 이황산 몰리브덴 나노입자는 풍부한 활성 부위로 충분한 전하 이동을 제공하였다.
표면강화 라만분광법은 표면강화 라만산란법(Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)으로도 불리는데 극도로 낮은 분자 농도에서도 분자와 물질을 인식하고 검출하는 탁월한 분석/센싱 기술이다. 표면강화 라만분광법은 분석물의 매우 약한 라만 신호를 크게 향상 시킬 수 있는 고급 분석 기술로, 바이오 센서, 임상 진단, 화학종 식별, 환경 모니터링 및 식품 안전과 같은 다양한 연구 분야에서 널리 사용되어지고 있다.
표면강화 라만분광법은 플라즈몬 나노구조 및 물질에 의해 라만 산란을 향상시키는 초미세 분석/센싱 기술이다. 표면강화 라만분광법의 장점으로는 시료의 상태(고체, 액체, 기체)에 상관없이 측정이 가능하고, 측정하고자 하는 샘플의 전처리 없이 아주 적은 양의 바이러스 측정이 가능하다. 또한 표면강화 라만분광법은 비파괴적인 측정법으로, 측정한 샘플을 여러번 다시 측정하여도 샘플에 영향을 미치지 않는다. 표면강화 라만분광법의 향상 인자는 이론적으로 1011까지 가능하며, 이는 단일 분자를 센싱할 수 있다는 것을 의미한다. 보통 바이어센서의 민감도가 최소 수천/수만 분자수이니, 표면강화 라만분광법 기반의 바이오 센서는 수천배 이상의 민감도를 가질 수 있다는 의미이다.
사진 설명 : 코어쉘 AuPt 하이브리드 나노입자 (HNP) 적용 듀얼 하이브리드 표면강화 라만분광법 (SERS): 코어쉘 HNP 제조, 전자장 분포, SERS 개략도 및 스펙트럼
이번 연구의 연구진은 Rutuja Mandavkar(박사과정, 광운대-제1저자), Shusen Lin (석박통합과정, 광운대), Rakesh Kulkarni(박사과정, 광운대), Sanchaya Pandit (석사과정, 광운대), Shalmali Burse (박사과정, 광운대), Md Ahasan Habib (박사과정, 광운대), Puran Pandey (박사과정, 광운대), Sundar Kunwar( 박사과정, 광운대), Jihoon Lee(교수, 광운대-교신저자)이며 교내 단독 연구로 진행되었다.
루투자(Rutuja Mandavkar) 학생은 2020년 광운대 전자과 박사과정으로 입학하였으며, 현재 박사과정2년차 연구원이다. 현재까지 다수의 공동연구에 참여하여 공저자 논문을 출판하였다. 루투자 연구원은 “광운대 입학 후, 열심히 학업에 집중하고 있는 과정에서 첫번째 제1저자 논문이 우수한 저널에 출판되어 기쁘다”라며 “향후에도 박사학위 기간 중 우수한 연구 성과를 다수 발표하여 졸업 후 우수기관에서 계속 연구를 이어가고 싶다”라는 포부를 밝혔다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 BK-21, 중점연구소, 중견연구자 지원사업과 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 과학전문지 Journal of Materials Science & Technology(IF: 8.067, JCR 카테고리 분야 상위 3.75 %(분야 3위) Q1 METALLURGY & METALLURGICAL ENGINEERING) 2021년 10월 6일자 온라인 판에 “Dual-Step hybrid SERS scheme through the blending of CV and MoS2 NPs on the AuPt core-shell hybrid NPs”의 제목으로 게재되었다.
* Web link : https://doi.org/10.1016/j.jmst.2021.08.022
