초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 목표는 분자 키랄성을 단분자 수준에서 측정해낼 수 있는 자기조립 플랫폼 개발에 있다. 특히 “알고리즘 자기조립” 방법을 이용하여 집적된 나노광학시스템을 구현하고 이를 고해상도 현광 이미징을 통해 단분자 수준의 키랄성을 측정해내고자 한다. 이를 위해서는 다음 두가지 요소가 만족되어야 한다. 먼저 키랄성 Purcell factor (Chiral Purcell factor)를 극대화 해야하며, 이를 위해서는 전기/자기 쌍극자 공진이 매우 작은 공간내에서 유도되어 빛의 키랄 부피가 최소화 되어야 한다. 두번째로

□ 연구개요
본 연구의 목표는 분자 키랄성을 단분자 수준에서 측정해낼 수 있는 자기조립 플랫폼 개발에 있다. 특히 “알고리즘 자기조립” 방법을 이용하여 집적된 나노광학시스템을 구현하고 이를 고해상도 현광 이미징을 통해 단분자 수준의 키랄성을 측정해내고자 한다. 이를 위해서는 다음 두가지 요소가 만족되어야 한다. 먼저 키랄성 Purcell factor (Chiral Purcell factor)를 극대화 해야하며, 이를 위해서는 전기/자기 쌍극자 공진이 매우 작은 공간내에서 유도되어 빛의 키랄 부피가 최소화 되어야 한다. 두번째로 단분자 수준의 초고해상도 형광 광학 이미징이 수행되어야 한다. 본 연구에서는 이 두가지를 다음과 같이 달성하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1. 먼저 전기/자기 쌍극자 공진을 나노스케일의 매우 작은공간내에 유발할 수 있는 플라즈몬 메타분자 그리고 유전체 메타원자를 합성/알고리즘 자기조립하는데 성공하였다. 특히 화학 합성법을 이용하여 매우 균일한 구형 금나노입자를 대량 합성할 수 있는 기술을 확보하고 여기에 DNA 분자 및 DNA 오리가미 구조를 확립하여 플라즈몬 메타분자를 알고리즘 자기조립하는데 성공하고 이로부터 강한 전기/자기 쌍극자 공진을 동시에 유도했다. 더불어 굴절률이 2.7~3.0에 이르는 반도체 기반 유전체 메타원자 역시 균일하게 합성하는데 성공하여 플라즈몬 뿐만 아니라 Mie 공진 모드에 의한 전기/자기 쌍극자 공진을 유도할 수 있음을 밝혀냈다. 이들 구조를 이용하여 빛의 키랄성을 나노스케일에 증폭하고 집속하는데 이론적/실험적으로 성공했다.
2. 초고해상도 형광 분자이미징을 위하여 DNA기반 Point Accumulation in Nanoscale Topography (PAINT)기법을 도입하였다. 이를 통해 단분자 하나를 탐침하는데 성공했으며 이를 분자 키랄성 증폭에 이용할 수 있음을 실험적으로 입증하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
분자의 키랄성 탐침은 생명/화학/메디컬 분야에 매우 중요한 기술적 목표이다. 지난10년간 나노스케일 수준으로 빛의 키랄성을 증폭하고 집속해야 분자/빛의 상호작용을 극대화 할 수 있고, 나아가 키랄성 센싱 민감도를 높일 수 있음을 이론적으로 제시되고 있었다. 본 연구를 통해 이러한 이론적 연구를 실험적으로 입증할 수 있는 플랫폼을 확립했다고 할 수 있다.
따라서 향후 나노포토닉스 기반 키랄성 센싱 기술의 유효성을 실용적으로 입증하고 응용할 수 있는 기초기반 기술을 확립할 수 있게 되었다. 이는 당뇨병/농약/약물과 같이 키랄성이 중요하게 작용하는 센싱 기술의 진일보를 이끌어낼 수 있는 계기가 되었다고 할 수 있다. 향후 on-chip 기술과 접목시 일상 생활에서 쓰일 수 있는 초민감 키랄성 센서가 모바일 기기에 도입되고 일상생활에 널리 이용될 수 있으리라 기대된다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2-1) 1차년도 (2016/11/01~2017/8/31) ... 7
• 2-2) 2차년도 (2017/09/01~2018/8/31) ... 10
• 2-3) 3~4차년도 (2018/09/01~2019/10/31) ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 13
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 끝페이지 ... 19