국립부경대학교(총장 배상훈)는 전자공학전공 윤지원 학생(학·석사연계과정)과 유혜임 학생(4학년)이 공동 제1 저자로 참여한 연구가 SCI급 국제학술지 (IF: 5.3) 표지논문(Volume 8, Issue 10)으로 지난 2월 실렸다고 전했다.
이들은 표지논문으로 실린 ‘Plasmonic Nanolamination for High-Performance SERS Substrates Based on Vertically Stacked 3D Multiple Nanogaps’(지도교수 남원일)에서 나노적층 공정을 활용해 균일성과 재현성이 우수한 3차원 수직 다중 나노갭 구조를 구현하는 데 성공하며 3D 고성능 표면증강라만분광(SERS) 센서의 새로운 가이드를 제시했다.
SERS는 극미량 물질을 검출할 수 있는 강력한 차세대 분광 분석 기술이지만 신호의 재현성과 균일성이 낮아 실용화에 어려움이 있었다.
기존의 수평 배향된 나노갭 구조는 10nm 이하 정밀 제어의 한계와 핫스팟 밀도를 높이는 데 제약이 있었다.
이에 연구팀은 금속·절연체·금속(MIM) 적층 구조를 이용한 나노적층 기법을 도입하는 방식으로 수직 방향의 다중 나노갭을 형성해 고밀도의 균일한 핫스팟을 확보했다.
연구팀은 선택적 습식 식각을 통해 절연층을 제거, 나노갭 핫스팟을 분석 분자에 노출해 SERS 신호 증강 효과를 극대화했다.
실험 결과 최적의 식각 조건에서 SERS 신호 증강 계수는 최대 1.75 × 10(8승)에 도달했으며 400픽셀 이상의 넓은 영역에서 상대 표준 편차(RSD) 11%로 높은 균일성을 입증했다.
또 나노임프린트 리소그래피 공정을 이용해 16㎝의 대면적 기판을 저비용으로 재현이 가능하도록 제작하는 데 성공했다.
국립부경대 남원일 교수(전자공학전공)는 “이번 연구는 기존 SERS 기판의 균일성과 재현성 한계를 극복한 새로운 접근법을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다.
이번에 제작한 나노적층 SERS 기판은 환경 분석, 바이오센서, 식품 안전과 폭발물 탐지 등 다양한 실용 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 강조했다.
윤지원 학생과 유혜임 학생은 국립부경대 전자공학전공 남원일 교수의 나노플라즈모닉스 연구실에서 학부연구생으로 연구하는 가운데 이번 성과를 거뒀다.
윤지원 학생은 SERS를 통한 환경 센싱 관련 연구를, 유혜임 학생은 디지털 SERS 연구와 SERS를 활용한 암세포 다변량 분류 연구를 수행 중이다.
영남취재본부 조충현 기자 jchyoung@asiae.co.kr
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