광운대 이지훈 교수(전자공학과) 연구팀, 메타표면 기반 4-ATP와 CV 하이브리드 표면강화 라만산란법 응답성 월등히 향상

- JCR 카테고리 분야 순위 3위 과학전문지 게재 -

- 메타표면 기반 은나노쉘 팔라듐코어 하이브리드 입자 기술 적용하여 4-ATP (4-Aminothiophenol)와 CV (crystal violet) 하이브리드 표면강화 라만산란법 (SERS) 응답성 월등히 향상 시켜 -

<(좌) 루투자 박사과정 연구원 (우) 이지훈 교수>

광운대 전자공학과 이지훈 교수 연구팀은 전자공학과 루투자 박사과정 연구원(제1저자)과 함께 메타표면 기반 은나노쉘 팔라듐코어 하이브리드입자 기술을 적용하여 4-ATP (4-Aminothiophenol) and CV (crystal violet) 하이브리드 표면강화 라만산란법 (SERS) 응답성을 월등히 향상 시키는 데 성공하였다.

표면강화 라만분광법은, 표면강화 라만산란법(Surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)으로도 불리는데, 아주 적은 분자량 또는 분자농도에서도 분자 물질을 인식하고 검출하는 탁월한 분석/센싱 기술이다. 표면강화 라만분광법은 분석물의 매우 약한 라만 신호를 크게 향상 시킬 수 있는 고급 분석 기술로, 화학종 식별, 환경 모니터링, 바이오 센서, 임상 진단 및 식품 안전과 같은 다양한 연구 분야에서 널리 응용되고 있다.

사진 설명: (a) 그래핀 양자점(GQD)과 프로브 분자의 혼합물 SERS 응용 개략도. (b) 하이브리드 PdAg NP 템플릿의 제조 단계. (c) 하이브리드 PdAg NP 템플릿의 국소 표면 플라즈몬 공명 (LSPR). (d) SERS 프로세스에서 CM 및 EM 향상의 개략도. (e) PdAg 하이브리드 NP 템플릿에서 CV 및 4-ATP의 SERS 신호.

이번 연구에서, 메타표면 하이브리드 입자 기반의 표면강화 SERS 플랫폼은 4-ATP (4-Aminothiophenol)와 CV (crystal violet) 분자의 라만 진동을 향상시키기 위해 CM (chemical mechanism)과 EM (electromagnetic mechanism) 두가지 강화법을 착용하였다. 먼저, 시약은 그레핀 (Graphene) 컨텀닷 (quantum dot, QD) GQD 입자와 4-ATP (4-Aminothiophenol)와 CV(crystal violet) 분자를 초음파 처리 (ultrasonication) 과정을 통하여 합성하였으며, 새롭게 개발된 메타표면 기반 은나노쉘 팔라듐코어 하이브리드 나노입자에 적용하여, 하이브리드 표면강화 SERS를 구현하였다. 코어쉘 은나노쉘 팔라듐코어 하이브리드 나노입자는 고유한 국소 표면 플라즈몬 공명 (LSPR)을 통해 EM (electromagnetic mechanism) 향상을 가져왔으며, GQD 나노입자는 풍부한 활성 부위와 풍부한 전하 이동을 통하여CM (chemical mechanism) 향상을 제공하였다.

이번 연구의 연구진은 Rutuja Mandavkar (박사과정, 광운대 제1저자), Shusen Lin (석박통합과정, 광운대), Sanchaya Pandit (석사과정, 광운대), Rakesh Kulkarni (박사과정, 광운대), Shalmali Burse (박사과정, 광운대), Md Ahasan Habib (박사과정, 광운대), Sundar Kunwar(수석연구원, 미국 로스알라모스 국립연구소, Los Alamos National Laboratory), Jihoon Lee (교수, 광운대 - 교신저자)이며, 국제공동 연구로 진행되었다. 2020년 광운대 전자공학과 박사과정으로 입학하여 3년차 박사과정에 있는 루투자(Rutuja Mandavkar) 학생은 현재까지 다수의 연구에 참여하여 주저자 및 공저자 논문을 출판하였으며, 지속적으로 우수한 연구 성과를 더 많이 발표하고 싶다는 포부를 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단과 교육부가 추진하는 BK-21, 중점연구소 지원사업과 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구결과는 과학전문지 SURFACES AND INTERFACES (JCR MATERIALS SCIENCE, COATINGS & FILMS 카테고리 Q1, 분야순위 3위, Impact Factor: 6.137) 2022년 07월에 “Hybrid SERS platform by adapting both chemical mechanism and electromagnetic mechanism enhancements: SERS of 4-ATP and CV by the mixture with GQDs on hybrid PdAg NPs”의 제목으로 게재되었다.* Web link: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102175