초록 ▼

□ 본 연구과제에서는 기존 평면 기판 위 분자각인 고분자 (molecularly imprinted polymer, MIP) 시스템에서의 제한된 감도의 한계를 극복하기 위해 나노/마이크로 패턴화된 MIP를 개발하였다. 이를 위해 나노기술과 나노임프린트/소프트/콜로이드 리소그래피 등 진보된 기술들을 적용하여 라인, 반구형, 다공성, 지그재그 구조를 포함한 10종 이상의 구조화된 MIP 박막을 개발하였고, 그 구조적, 화학적 및 전기적 특성 분석과 화학 센서로의 응용 연구를 수행하였다.
● 전도성 고분자의 경우, 본 연구팀이 보유하

□ 본 연구과제에서는 기존 평면 기판 위 분자각인 고분자 (molecularly imprinted polymer, MIP) 시스템에서의 제한된 감도의 한계를 극복하기 위해 나노/마이크로 패턴화된 MIP를 개발하였다. 이를 위해 나노기술과 나노임프린트/소프트/콜로이드 리소그래피 등 진보된 기술들을 적용하여 라인, 반구형, 다공성, 지그재그 구조를 포함한 10종 이상의 구조화된 MIP 박막을 개발하였고, 그 구조적, 화학적 및 전기적 특성 분석과 화학 센서로의 응용 연구를 수행하였다.
● 전도성 고분자의 경우, 본 연구팀이 보유하고 있는 자기조립 (self-assembly)법 기반의 육방정계 밀집형 콜로이드 단층 (hexagonal close-packed colloidal monolayer) 템플릿을 활용하여 치수 제어가 가능한 피롤-피롤-3 카르복시 산 공젓합체 (poly(pyrrole-pyrrole- 3-carboxylic acid))로 구성된 다공성 분자각인 전도성 고분자 (porous molecularly imprinted conducting polymer)를 제작하였다. 또한, 이를 알칼로이드 (alkaloid) 물질로 알려진 테오필린 (theophylline)의 감지가 가능한 MIP 센서로 응용하였으며, 기존 평면 분자각인 전도성 박막에 비해 테오필린에 대한 감도가 약 6.5 배 증가함을 확인하였다. 비전도성 고분자의 경우, 본 연구팀이 보유하고 있는 solvent-assisted soft stamp-based nanoimprint lithography (SASSNIL) 기법을 광젓합 MIP 시스템에 도입하여 폴리 메타크릴레이트-에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 공젓합체 poly(methacrylic acid-co- ethylene glycol dimethacrylate)로 구성된 줄무늬의 패턴화된 분자각인 고분자 박막을 제작하였으며, 제초제 일종인 아트라진 (atrazine)에 대하여, 기존 평면에 비해 1.7배 향상된 감도를 가지는 MIP 센서를 개발하였다. 또한, 아트라진의 유사 분자인 아메트린 (ametryn), 프로메트린 (prometryn) 및 2.4-D에 대한 낮은 감도를 확인함으로써 아트라진에 대한 선택성을 확보하였다.
● 본 연구과제 수행시, MIP 센서의 감도 향상을 목적으로 전도성/비전도성 MIP 센서 시스템 개발 뿐만 아니라, 새로운 나노/마이크로 구조 형성을 위한 리소그래피 기법 개발에 대한 연구를 수행하였다. 음이온성 계면활성제 (sodium dodecyl sulfate, SDS)와 폴리스티렌 입자 (polystyrene particle)간의 정전기적 상호작용 (electrostatic interaction)을 통해 라인 패턴화된 기판상에 폴리스티렌 입자 배열을 제어할 수 있는 기술을 확보하였다. 이를 통해 총 6 가지 구조의 콜로이드 템플릿을 제작하였으며 콜로이드 템플릿의 복제 몰딩 (replica molding)법을 통하여 직선형, 지그재그형, 밀집형 구조의 아트라진 감지용 MIP 박막을 개발하였다. 이러한 MIP 박막들은 10^-6 M 농도의 아트라진 수용액에서 평면 MIP에 비하여 라인형 MIP는 3.4배, 지그재그형 MIP는 4.8배, 밀집형 MIP는 6.5배로 향상된 감도를 보였으며 유사분자에 대한 낮은 감도를 확인함으로써 고감도 및 선택적 분자 감지 기능을 확인하였다.
● 나아가 MIP 센서의 효율성을 검토하기 위해 본 연구 과제에서는 확보된 소프트 리소그래피 (soft lithography) 기법을 이용하여 치수가 같으나 역구조인 오목(concave) 및 볼록 (convex)한 반구형 MIP 센서를 제작하였고, 카페인 (caffeine) 분자 감지 속도에 대한 MIP의 구조적 영향을 공진 주파수-저항 그래프 (resonant frequency- resonant resistance (F-R) diagram)로 조사하였다. 카페인의 추출 과정 후, 오목한 MIP 막은 형성된 계층 구조 (hierarchical structure)로부터 볼록한 MIP 막에 비해 상대적으로 카페인 분자의 확산이 용이하게 되므로 분자의 감지 속도가 빠르게 나타났다.

□ 종합적으로 본 연구과제에서는 리소그래피 기법을 통해 다양한 구조의 MIP 막을 제작하였고, 이를 센서로 응용하여 민감도, 선택도, 효율성을 만족하는 고감도, 고성능의 분자 검출용 화학 센서를 구현 할 수 있는 기반 기술을 확립하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 13