포스텍 연구팀은 잘 휘어지는 연성물질을 이용해 빈틈제어가 자유자재로 가능한 ‘광대역 나노빈틈 금 분광센서‘를 개발했다.

이 연구는 박경덕 물리학과 교수·통합과정 문태영·주희태 씨 등으로 이뤄진 포스텍 연구팀에 의해 진행됐다.

연구팀은 분자 하나가 겨우 들어갈 수 있는 수준의 금 나노빈틈을 수 밀리미터 길이의 1차원 구조로 제작해 대면적 고감도 라만분광센싱이 가능하게 하고, 잘 휘어지는 연성물질을 금 나노빈틈 분광센서의 기판으로 접합시키는 연구에 성공했다.

이 기술을 통해 기존 나노빈틈을 바이러스가 들어갈 수 있는 수준의 너비로 늘리고, 바이러스를 비롯해 검출하는 물질의 크기와 종류에 따라 빈틈의 너비를 자유자재로 조절할 수 있도록 단 하나의 센서로 원하는 물질을 맞춤형으로 검출할 수 있는 광대역 능동형 나노분광센서 원천기술 개발에 성공했다.

제임스웹 망원경과 같은 우주광학 분야에 사용되는 적응광학 기술을 변형 적용하여 센서의 민감도와 제어성을 극대화시켰다. 추가적으로, 제작에 성공한 1차원 구조를 2차원 분광센서로 확장하는 개념적 모델을 정립했다는 평가다. 이 경우 라만분광 신호를 약 수십억 배 증폭시킬 수 있음을 이론적으로 확인했다. 바이러스 양성 여부를 확인하는데 며칠이 걸리던 검사속도를 불과 몇 초만에 실시간으로 확인하는 것이 가능해진다는 뜻이다.

현재 특허출원이 된 연구팀의 성과는 COVID19처럼 예상치 못한 전염병이 발생할 경우, 고감도 실시간 검사를 통해 빠르게 대응하여 무차별적인 확산을 방지하는 목적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.

출판된 논문의 제1저자인 문태영 씨는 “분자부터 바이러스까지 다양한 물질의 고유 성질을 규명하는 기초과학 연구뿐만 아니라, 앞으로 발생할 수 있는 다양한 신종 바이러스들을 맞춤형 단일센서를 통해 신속하게 탐지할 수 있는 실용적으로 중요한 연구”라며 이번 성과의 의미를 설명했다.

한편, 본 연구는 울산과학기술원(UNIST) 물리학과 김대식 교수 연구팀, UNIST 화학과 및 기초과학연구원 다차원탄소재료연구단 부단장인 서영덕 교수 연구팀이 공동으로 수행했다.

포스텍 물리학과의 구연정, 강민구, 이형우 씨가 측정 연구를 함께 수행했다. 이번 연구는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 최근 게재됐다.