초미세간극 금속센서 제작...나노소재 산업화 앞당긴다

차세대 질병진단 및 질병조기경보시스템 활용

국내 연구진이 대면적 초미세간극 금속센서 제작에 성공했다. 그동안 초미세간극 금속센서 제작은 고도의 전문성과 기술력이 요구돼 제작과 활용에 한계가 있었지만, 이번 연구 결과를 통해 나노바이오센서 분야의 실용화와 산업화가 앞당겨질 것으로 보인다.

미래창조과학부(장관 최양희)는 국가간 협력기반 조성사업의 일환으로 지원해 온 서강대학교 강태욱 교수(사진)팀이 금속 코어와 껍질로 구성된 나노 입자의 2차원 단일층으로 부터 껍질을 선택적으로 제거하는 방법으로 대면적의 초미세간극(ultrasmall gap) 금속센서 제작에 성공했다고 3일 밝혔다.

초미세간극 금속 구조체는 우수한 물리, 광학적 성질로 인해 차세대 질병진단 및 질병조기경보시스템, 환경오염물질 모니터링 등에 활발하게 응용될 수 있고, 특히 센서용 나노소재의 실용화와 산업화를 앞당길 것으로 예상된다.

강태욱 교수

이번 연구는 제작 기술의 특성상 실험실 수준의 연구에 머물렀던 기존 초미세간극 금속 구조체 제작의 한계를 극복해 비용을 절감할 수 있는 혁신적인 공정 개발이라는 데 큰 의미가 있다.

금속기판을 계속해서 자르는 기존 방식은 작업공정이 매우 비싸고 비효율적이었으며, 금속 나노입자들의 자가배열을 이용하는 방법도 금속 나노입자의 특성상 서로 뭉치게 되어, 간극이 아예 존재하지 않는 문제점이 있었다.

연구팀은 기존 기술들의 문제점을 해결하기 위해 금속 나노입자에 껍질을 씌우고 입자를 자가배열한 후 껍질만을 선택적으로 제거하는 손쉬운 방법을 이용해, 1 나노미터 크기의 초미세간극을 대면적으로 만드는데 성공한 것이다.

금속 나노입자들 간의 거리가 머리카락 굵기의 10만분의 1만큼 줄어들어 초미세간극이 형성되면, 금속 나노입자 주변의 전자기장을 강하게 증폭시키게 되며, 그 간극이 줄어들수록 더 낮은 농도의 물질을 더 빠르게 검출할 수 있어 다양한 센서로 응용될 수 있다.

초미세간극을 갖는 금속 구조체는 우수한 물리, 광학적 성질을 지니고 있어 전지(photovoltaics), 광촉매(photocatalysis), 메타 물질(metamaterials), 질병진단센서 개발 등의 다양한 분야에서 폭넓게 응용될 것으로 기대된다.

강 교수는 “금속센서 제작에 대한 원천기술과 상업화를 통해 나노기술분야 발전에 실질적으로 기여하고 싶다"고 밝혔다.

한편 연구팀은 버클리대학교(UC Berkeley) 연구팀과의 국제협력을 통해 연구를 진행했고, 이 연구결과는 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스지(Advanced Materials) 2015년 8월 5일자 표지논문으로 선정됐다.