진단 분야에 있어서는 크기, 형태, 및 조성이 제어된 저차원 귀금속 나노소재의 ‘국소 표면 플라즈몬 공명(localized surface plasmon resonance, LSPR) 성질’을 활용하고자 합니다. LSPR 센싱 기법은 금속 나노소재 자체만으로 소자 구성이 가능하여 개발이 매우 용이하며, 전형적인 비표지(label-free) 방식에 의하여 검출이 이루어지고, 측정 장비의 단순함 등 많은 장점이 있습니다. 본 연구진은 기존 수준의 성과를 더욱 향상시키고 개별 대상 시스템에 대하여 여전히 미완된 이슈들을 해결하기 위하여, 조성, 형태, 차원 등이 제어된 귀금속 나노복합소재를 합성하고 굴절률 변화 측정, 단백질 흡착과 DNA 혼성(hybridization) 모델을 위주로 센싱 연구를 전개하고 있습니다. 감도를 향상시키기 위하여 설정한 세부적인 전략은 입자 간 결합(coupling), 고집적 나노어레이 구조체 제조, 다차원(mixed-dimension) 금속 나노구조체 제조 등을 포함하며, 선택성 증진을 위하여 나노막대·나노프리즘·나노튜브 등의 저차원 금속 나노구조체 기반의 하이브리드 나노소재를 적극 활용하고 있습니다.
본 연구에서는 SPP에 의한 핫 캐리어 생성과 이것의 글리세롤 산화의 참여는
크레치만 구성에서 기존의 전기화학 SPR 분광법을 사용하여 입증하였습니다.
Pt NP와 통합된 AUNBP의 LSP는 Au 필름보다 핫 캐리어 컬렉션과 글리세롤
전기 산화를 더욱 촉진함. 결과적으로 2.5배 강화된 심전도 활성 상태의 글리세롤 산화는 실험적으로 입증하였습니다.
SPP와 LSP의 시너지 효과를 통한 높은 전공 농도는 Au 촉매의 글리세롤 산화
반응을 촉진하는 데 기여하는 것을 시사합니다.
기존의 SPR 분광학에 대한 우리의 이해를 넓히고 전기/광 촉매에서 SPP 기반
에너지 변환 응용 분야에 새로운 기회를 제공할 것으로 기대됩니다.
본 연구에서는 그래핀과 금 계면에서 발생되는 페르미 준위(Fermi level)의 평형으로 인한 전하 이동이 야기하는 유전 상수 (dielectric constants)
특성 변화 및 굴절률 감도 향상을 다양한 형태의 그래핀을 활용하여 Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) 측정, 굴절률 센싱 및 바이오 센싱 등을 통해 증명하였습니다.
이를 위하여, 화학증기증착법 (Chemical Vapor Deposition: CVD)으로 합성된 단층막 그래핀, Hummer’s method로 만들어진 그래핀 (rGO),
질소 도핑된 그래핀 (N-rGO), 비산화 그래핀 플레이크 (Non-oxidized Graphene Flakes: NOGF)등 다양한 종류의 그래핀이 활용되었으며 Streptavidin 바이오 센싱을 통하여 이층막 그래핀의 경우 최대 44 %의
센싱 감도 및 3.6배 SPR angle shift 등의 성능 향상을 도출함으로써,
향후 그래핀-금 기판 기반 플라즈모닉 바이오 센싱 분야에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
본 연구는 유연 기판 위에 금속 나노 프리즘 구조체를 주기적 구조로 배열하였으며 연신 및 수축 시 발생되는 국소 플라즈몬 공명 (LSPR) 커플링 효과를 기반으로 한 센싱 특성을 고찰한 연구 결과입니다. 유연 기판의 변형을 통해 플라즈모닉 나노 구조체의 패턴 및 이방성 등을 조절함으로써 메타물질 속성을 기반으로 가시광-근적외선 영역에 대해 굴절률 및 광학적 특성을 광범위한 수준으로 변화시킬 수 있었습니다.
또한 최적화된 유연 플라즈모닉 나노 구조체는 국소 표면 플라즈몬 공명 여기에 의해 인접한 나노 구조체들 사이에서 발생된 전자기적 커플링을 통하여 표면 증강 라만 산란의 신호 및 재현성을 향상시킬 수 있었습니다.
본 연구로 유연 LSPR 커플링 기반 디바이스가 제안되었고, 연신 및 수축을 통해 플라즈모닉 나노 구조체의 거리에 따른 센싱 효과가 정량화 될 수 있음을 확인하였습니다.