인천대는 UNIST, 한국과학기술연구원, 고려대·KU-KIST 등이 함께한 공동연구팀이
세계 최초로 단일 금 나노입자를 밀리미터 전자기파로 감지하는데 성공했다고 22일 알렸다.

금 나노입자는 분자 감지와 약물전달, 생체 이미징 등 다양한 응용에 활용된다. 특히 금 나노입자의 플라즈모닉 효과는
생화학분자를 민감하게 감지할 수 있게 해준다.

이번 연구는 나노입자를 이용한 분자 감지 기술의 민감도를 높인 것으로, 생명공학·광화학·의료 및
6G 통신용 테라헤르츠 능동메타소자 등에 활용될 것으로 기대된다.

연구팀은 ▶인천대 물리학과 물리학과 박영미 교수 ▶UNIST 김대식 교수 ▶한국과학기술연구원·고려대 KU-KIST 서민아 교수 등이 참여했다.

이들은 나노공진기인 보우타이 나노안테나로 밀리미터파를 나노미터 크기로 집속(빔의 지름을 가늘게 함)시키고,
그 속에서 광집게 기술을 이용해 금 나노입자를 포획하는 방법으로 실시간 금 나노입자 감지에 성공했다.

주파수가 100㎓∼10㎔이고, 파장이 밀리미터 크기인 ㎔파(테라헤르츠파)는 6G 이동통신용 주파수 대역임과 동시에
생화학적 분자의 고유 진동에 민감해 비파괴 방식의 바이오 센싱 분야에 활용 가능성이 크다. 하지만 파장보다 매우
작은 크기의 물질을 감지하기 어려운 전자기파의 파장 한계 특성 때문에 마이크로미터 혹은 나노미터 크기의 입자를
테라헤르츠파로 감지하는 것은 매우 어렵다.

연구팀은 이런 문제점을 극복하기 위해 우선 테라헤르츠파를 나노미터 크기로 집속시키는 보우타이 모양의 나노공진기를 제작했다.
이를 이용해 전자기파의 파장한계를 극복하는 연구 분야인 테라헤르츠 나노플라즈모닉스와, 빛을 이용해 단일 나노입자를 원하는 곳에
위치시키는 광집게 기술을 접목시켰다.

연구를 주도한 박영미 교수는 "나노입자와 공진기의 상대적 위치에 따른 상호작용을 조절할 수 있는 획기적인 도구가 발명된 셈"이라며
"빛-물질 상호작용 연구에서도 새로운 전기가 마련됐다"고 덧붙였다.

이번 연구는 세계적 권위의 국제 학술지인 나노 레터스(Nano Letters)에 5월 6일 온라인 게재됐다.
연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 정보통신기획평가원(IITP)의 지원을 받아 이뤄졌다.