초록 ▼

연구개요
본 연구에서는 표면증강라만(SERS) 광센서에 사용되는 초고감도 SERS 나노플랫폼 개발을 위해 고분자 마이셀로부터 기공크기가 균일한 플라즈몬 나노다공성금속 나노재료를 합성하고 1) 나노아키텍쳐 (Nanoarchitecture)와 2) ball-in-hole 기술을 적용하여 효과적인 나노갭 (nanogap)형성을 통해 소재기반 라만신호 극대화 기술개발을 확립함. 3) 다양한 유무기소재와 나노패턴, 나노기공형성 및 ball-in-hole의 4)나노기술을 이용하여 5)1 pM (pico mole) 농도 미만의 유해성분 검

연구개요
본 연구에서는 표면증강라만(SERS) 광센서에 사용되는 초고감도 SERS 나노플랫폼 개발을 위해 고분자 마이셀로부터 기공크기가 균일한 플라즈몬 나노다공성금속 나노재료를 합성하고 1) 나노아키텍쳐 (Nanoarchitecture)와 2) ball-in-hole 기술을 적용하여 효과적인 나노갭 (nanogap)형성을 통해 소재기반 라만신호 극대화 기술개발을 확립함. 3) 다양한 유무기소재와 나노패턴, 나노기공형성 및 ball-in-hole의 4)나노기술을 이용하여 5)1 pM (pico mole) 농도 미만의 유해성분 검지능력을 갖는 초고감도 및 고신뢰성 SERS 나노플랫폼 소재합성을 진행함. 나노다공성 금속나노소재 대량합성 기술 및 코팅기술을 이용하여 6) 다양한 형태의 SERS 기판제조를 통해 유해물질 검출 및 현장진단이 가능한 초고감도 SERS 플랫폼 개발을 목표로 함.

연구 목표대비 연구결과
본 연구의 내용은 크게 신규 나노다공성 금속 소재 합성 및 나노아키텍쳐링 및 ball-in-hole 기술을 이용한 SERS감도 향상, 인체유해성분 검출, 플렉서블 또는 대면적 SERS 나노플랫폼 제조를 포함하여 3차년도에 걸쳐서 진행함. 플라즈몬 효과가 우수한 금 (Au) 금속나노입자 합성을 하였고, 친수성과 소수성을 갖는 블록공중합체 형태의 고분자를 이용하여 마이셀 형성 후 금속 전구체를 이용하여 용액합성법으로부터 균일한 기공사이즈를 갖는 신규 나노다공성 Au 필름을 합성함. 블록공중합체의 분자량 및 블록 길이 조절을 통해 효과적인 다공성 및 차원 개발을 통해 강한 SERS 신호증폭을 갖는 입자구조를 최적화함. 나노다공성 금속 나노입자의 기공보다 작은 수 나노 크기의 입자를 추가적으로 합성하여 기공에 위치시키는 나노아키텍쳐 제어 및 합성 기술을 통해 나노갭의 형성을 극대화 함. 포토리소그래피 또는 임프린팅 방식과 실리콘웨이퍼 또는 광경화성 고분자 소재를 이용하여 수 마이크로 또는 수백 나노미터 크기의 grating 구조의 패턴된 전극을 제조함. 이러한 패턴이 형성된 금속전극을 이용하여 Au 나노다공성 금속필름을 합성하고 패턴 폭 및 증착시간을 조절하여 나노갭을 극대화함. 또한, 합금형태의 나노다공성 금속필름을 합성하여 초고감도 및 저가화 기술을 개발함. Grating 구조 이외에 hole array 타입의 패턴전극을 이용하여 confine된 구조에서 나노다공성 금 속 필름을 성장시킴으로써, 나노갭 증대를 통한 라만 산란 증강을 극대화 하는 기술을 개발함. 제조된 나노다공성 금속 필름의 기공보다 작은 수 나노 크기의 입자를 추가적으로 합성하여 기공 에 위치시키는 나노구조체 제어 및 합성 기술을 통해 나노갭의 형성을 극대화 함. 플라즈몬 금속 나노입자 또는 다양한 전극소재를 사용하여 증착되는 기판을 불균일하게 만듦으로 써, 나노다공성 금속필름증착 시 표면이 불균일한 필름의 나노구조체 형성을 통한 SERS 신호 증폭 효과를 확인함. 고전도성 고분자 박막을 전극으로 사용하여 나노다공성 금속필름을 전기증착한 후 전도성 고분자 제거기술을 이용하여 free-standing 금속 필름을 제조하여 다양한 기재에 코팅 할 수 있는 기술을 개발함. 플라즈몬 나노다공성 금속 나노구조체의 크기, 형상, 분포 특성에 따른 SERS 신호를 분석함. 합성된 나노다공성 금속 나노입자와 필름을 동시에 사용하여 임베디드된 형태의 나노갭이 극대 화 된 조성을 개발함. 신속한 현장분석에 사용될 수 있는 문지르기 방법을 적용하기 위해 고분자 필름, 종이 등과 같은 플렉서블한 기판에 나노다공성 금속 나노입자 및 필름 코팅기술을 개발하고 또한, SERS 기판 설계/ 제조 기술을 개발함. 넓은 면적의 기판 또는 전극을 이용하여 나노다공성 입자 및 필름이 적용된 대면적 초고감도 SERS 나노플랫폼 제조 기술을 개발함.

연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
○ SERS를 이용한 검출능력을 극대화하기 위해서는 플라즈몬 나노소재의 개발이 필수적이며, 많은 소재의 개발에도 불구하고, 현재 그 성능면에서 많은 발전이 이루어지지 않아 초고감도 SERS 기술개발에 어려움이 있는 상황에서 나노아키텍쳐링 및 nanoball-in-hole 기술을 이용한 신규 초고감도 SERS 나노플랫폼 개발이 이루어질 경우 초고감도의 분석을 요구하는 응용분야로의 파급효과는 상당 히 크다고 할 수 있음.
○ 나노다공성을 갖는 플라즈몬 금속소재의 합성 및 이를 이용한 나노아키텍쳐링 기술이 접목된 SERS 용 초고감도 나노플랫폼 개발은 신규소재 및 제조 원천기술 확보 측면에서 매우 중요함.
○ 신규기술이 도입된 나노다공성 플라즈몬 금속 재료 소재 및 공정 기술 개발은 소자의 구성요소 집적화가 요구되는 고감도 전기전자 소자, 에너지 소자, 화학/바이오센서 개발의 첨단 기술에 활용될 수 있으며, 복합 나노소재의 기능 융합을 통하여 소재 기술을 NT-IT-BT 융합 기술에 접목시켜 미래 지향적 분야에서의 기술이전 및 산업화에 중추적 역할을 할 수 있음.
○ 세계적으로 식품, 토양, 대기, 식수 안전에 대한 관심이 증가하면서 잔류유해성분 측정 기술이 요 구되고 있으며, 특히 초고감도, 현장진단, 저가화 측정 장비에 대한 기술 개발이 강하게 요구되고 있는바, SERS를 이용한 인체유해 성분 검사 기술은 기존의 유해성분 측정 기술들을 대체할 수 있을 것으로 기대됨.
○ 초고감도 SERS 기판 제조 연구 및 기술 개발은 다양한 기술융합 분야의 대표분야로서 농수산물· 식품분야 뿐만 아니라 의료진단, 환경유해물질검출, 신약개발, 화학전(chemical warfare) 물질, 폭발물의 검출 등 국방관련 분야, 마약 trace 검출 등 법의학 관련 분야 등에 다양한 분야로 활용될 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 32