표면 증강 라만 산란 이용 한 생화학 센서 설계 기준 제시 - 카 이스트 신문 
 승인 2014 . 09 . 04 01 : 12 
 기판 을 부풀려 입자 간 거리 를 연속 적 으로 조절 하 며 산란 이 극대 화 되 는 지점 찾 아 산란 값 이 최대 가 되 는 관계 규명 해 
 우리 학교 바이오 및 뇌 공학 과 정기훈 교수 연구 팀 이 표면 증강 라만 산란 을 이용 한 생화학 센서 의 감도 를 높일 수 있 는 설계 기준 을 제시 했 다 . 이번 연구 는 세계 적 인 학술지 인 < 어드밴스 드 머티 리 얼즈 ( Advanced Materials ) > 지 7 월 9 일 자 속표지 논문 으로 선정 되 었 다 . 
 라만 산란 을 이용 한 무 표지 생화학 센서 
 빛 이 어떤 매질 을 통과 할 때 빛 의 일부 가 진행 방향 과 다른 방향 으로 진행 하 는 현상 을 산란 이 라고 하 며 , 산란 된 빛 은 원래 의 에너지 를 그대로 가지 고 있 기 도 하 지만 원래 빛 의 에너지 보다 작 거나 많 은 에너지 를 가질 수 도 있 다 . 원래 의 에너지 를 그대로 유지 하 면서 산란 되 는 과정 을 레일리 산란 , 에너지 를 잃 거나 얻 으면서 산란 되 는 과정 을 라만 산란 이 라고 한다 . 이 중 라만 산란광 은 물질 의 작용기 마다 에너지 를 흡수 하 는 정도 가 고유 하 므로 라만 산란광 을 분석 하 면 물질 의 분자 구조 를 추론 할 수 있 다 . 따라서 라만 산란 을 이용 해 생화학 센서 를 제작 할 수 있 고 이 는 항원 - 항체 반응 을 이용 한 대부분 의 바이오 센서 와 는 달리 빛 만 쪼여 주 면 분자 를 검출 할 수 있 는 무 표지 ( Label - free ) 검출 법 이 다 . 
 산란 된 빛 이 강해 지 는 표면 증강 라만 산란 이용 해 
 라만 산란 으로 분자 의 구조 를 알아낼 수 는 있 지만 입사 된 빛 이 라만 산란 된 후 만분 의 일 정도 의 세기 로 약해 지 기 때문 에 이것 만 으로 는 검출 이 힘들 다 . 이 를 극복 하 기 위해 금속 나노 입자 에 빛 을 쪼 았 을 때 금속 나노 입자 주변 의 전기장 이 증강 되 어 강한 빛 이 발생 하 는 현상 을 이용 한다 . 금속 나노 입자 의 표면 에 검출 하 고자 하 는 분자 가 올려져 있 을 때 빛 을 쪼 아 주 면 금속 나노 입자 에 의해 발생 한 강한 빛 이 검출 하 고자 하 는 물질 에 입사 되 어 라만 산란 된 빛 도 강해진다 . 이것 을 표면 증강 라만 산란 ( Surface - enhanced raman scattering ) 이 라고 한다 . 
 입자 간 거리 연속 적 으로 변화 시켜 보편 적 법칙 찾아내 
 연구 팀 은 말랑 하 고 유연 한 고분자 기판 ( PDMS ) 위 에 얇 은 금속 박막 을 올린 후 가열 해 금속 나노 입자 가 일정 한 간격 으로 형성 되 도록 했 다 . 그리고 만들 어 진 유연 한 기판 을 늘려 가 며 기판 위 입자 간 의 거리 를 연속 적 으로 변화 시키 며 라만 산란 된 빛 의 세기 변화 를 관찰 했 다 . 만약 기판 을 한쪽 으로 잡아당기 면 다른 쪽 방향 으로 는 줄어들 기 때문 에 입자 간 의 거리 를 일괄 적 으로 늘릴 수 없 다 . 연구 팀 은 그 점 을 극복 하 기 위해 기판 을 풍선 처럼 반구형 으로 부풀려 금속 나노 입자 간 의 거리 를 늘리 는 방식 을 사용 했 다 . 연구 팀 은 어떤 간격 일 때 라만 산란 이 가장 증폭 되 는지 관찰 하 고 입사광 의 파장 에서 전기장 의 세기 와 산란광 의 파장 에서 전기장 의 세기 의 곱 이 표면 증강 라만 산란 의 세기 에 비례 한다는 관계 를 실험 적 으로 밝혀냈 다 . 
 ▲ 입사광 의 파장 에서 전기장 의 세기 와 산란광 의 파장 에서 전기장 의 세기 의 곱 ( 왼쪽 ) 이 최대일 때 표면 증강 라만 산란 의 세기 ( 오른쪽 ) 도 최대 가 됨 을 관찰 할 수 있 다 . 
 이전 까지 는 주로 라만 산란 을 증강 시키 기 위해서 나노 입자 구조 를 다양 하 게 디자인 해 시험 하 는 방법 을 사용 했 기 때문 에 번거로운 점 이 많 았 고 감도 를 충분히 높이 기 어려웠 다 . 이번 연구 는 입사광 의 파장 에서 전기장 의 세기 와 산란광 의 파장 에서 전기장 의 세기 의 곱 과 표면 증강 라만 산란 사이 의 관계 를 규명 해 이전 과 같 은 노력 을 줄이 고 손쉽 게 설계 할 수 있 는 방법 을 제시 했 다 . 이후 이번 연구 에서 도출 된 결과 를 통해 라만 산란 을 이용 한 생화학 센서 제작 이 쉬워질 것 으로 보인다 . 또한 , 더 감도 가 높 은 센서 가 개발 되 면 생화학 및 의료 분야 에서 많 은 기여 를 할 것 으로 기대 된다 . 이번 논문 의 제 1 저자 인 강민희 박사 는 “ 본 연구 는 기판 을 부풀리 는 새로운 방법 을 통해 입자 간 의 간격 을 연속 적 으로 조절 할 수 있 었 고 여태 까지 밝혀 지 지 않 았 던 관계 를 규명 했 다는 점 에서 의의 를 가진다 ” 라고 전했 다 .