서민아-유용상 교수팀, 초고감도 비표지식 광-전기 융합 집게 기술 개발

세계 권위 국제학술지 `Advanced Science` 게재

왼쪽부터 서민아 교수(교신저자), 유용상 교수(교신저자)

한국과학기술연구원(KIST)과 고려대 KU-KIST융합대학원 서민아-유용상 교수 연구팀이 수중 미세 물질을 포착해 실시간 분석할 수 있는 광·전기 집게를 개발했다고 30일 밝혔다.

* 저자정보: 서민아/유용상 (교신저자, 고려대 KU-KIST융합대학원), 박규환 (공저자, 고려대 물리학과), 정아람 (공저자, 고려대 바이오의공학부), 유의상 (제1저자, KIST)

* 논문명: Nanoscale Terahertz Monitoring on Multiphase Dynamic Assembly of Nanoparticles under Aqueous Environment

생활 속에서 버려지는 플라스틱은 자연계에서 깨지고 쪼개져 최종적으로 필터로는 걸러지지 않는 지름 100㎚(나노미터·100만분의 1㎜) 이하의 나노 플라스틱으로까지 쪼개진다.

강이나 바다에 퍼져있는 나노 플라스틱은 극 저농도로 분포해 현재의 측정 기술로는 실시간 농도 분석이 불가능하다.

연구팀은 미세 플라스틱이나 생체 고분자 등 수십∼수백 나노미터 크기 미세 물질을 포착할 수 있는 전기적 방식의 집게를 개발했다.

이어 테라헤르츠파를 이용한 광센서를 결합해 높은 감도로 물 속 미세물질 농도를 측정하는 데 성공했다.

테라헤르츠파는 1초에 1조 번 진동하는 전자기파이다. 인체에 해가 없고 엑스레이보다 투과성이 높아 `꿈의 전자파`라 불린다.

하지만 물에 대부분 흡수되는 성질 때문에 수중 물질 측정에는 적용하기 어려웠다.

연구팀은 물을 반사시키는 센서 시스템을 통해 테라헤르츠파의 수중 흡수를 막는 한편 신호 증폭을 통해 감도를 수십∼수백 배 높였다.

나노입자를 포집하는 전기 집게 기술과 증폭된 테라헤르츠파의 변화를 이용한 광센서를 결합해 극미량의 미세 입자를 포집·측정하는 데 성공했다.

검출 감도는 40㎕(마이크로리터·100만분의 1ℓ) 중 1ppm(100만분의 1)의 극미량을 찾아낼 수 있는 정도이다.

혈액·체액 속 바이오마커(질병의 진행 정도를 진단하는 생체 표지 인자) 검출에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

[그림1] 이중 금속 전극 구조를 이용한 초고감도 광-전기 융합 집게

* 그림 설명: 수직 방향의 금속전극(그림에서 금색 표시)은 전기 집게(그림에서 금색/파랑/금색 적층구조 표시)의 역할을 하여 물속에서 부유하는 미량의 초미세 플라스틱 및 생체분자 모사체(그림에서 붉은색 점으로 표시)을 포집하는 역할을 함.

수평 방향의 나노갭 전극(그림에서 패턴화된 직사각형 움푹 패인 구조물)은 초미세 플라스틱 입자의 양과 종류에 따라 테라헤르츠 신호가 변하는 것을 민감하게 측정함.