나노횃불 만드는 금속나노칩 개발 고가의 특수장비 없이 일반 광학현미경에 장착해 단백질이나 바이러스 같은 생체고분자 검출 가능
연구결과 개요
1. 연구 배경
생체 바이오 물질의 관찰을 통한 기질 특성 연구는 예전부터 의·공학 분야에서 활발하게 진행되었다. 기존 광학 영상법의 경우 회절한계(diffraction limit)로 인한 해상도(resolution) 한계 때문에, 세포 내 미세 생체분자 등을 관찰하기 어려웠다. 최근에는 수십에서 수 나노미터(nano-meter)의 분해능을 얻을 수 있지만, 이는 상당히 고가의 특수 영상장비를 통해서만 가능하였다. 
2. 연구 내용
1998년 프랑스 Strasbourg 대학 연구자들에 의해 발견된 특이 광투과 현상(Extraordinary optical transmission)은 전자기파가 파장보다 작은 크기의 구멍들로 이뤄진 격자 구조를 통과할 때, (파장보다 더 작은 크기의 구멍은 통과하지 못하는) 일반적인 광학 투과 현상과는 다르게 국소화(localization)되어 투과되는 현상을 말한다.
이에 따라 파장보다 더 짧은 서로 다른 크기의 주기적 나노패턴(pattern) 칩을전자선묘화(electron-beam lithography) 방식으로 제작한 후, 일반적으로 사용되는 형광현미경 시스템에 접목시키면, 매우 강하게 국소화된 전자기파(field)가 나노 구멍들을 통과해 발생한다.
본 연구팀에서는 정확 결합파장 분석(Rigorous coupled-wave analysis, RCWA) 및 균등분포 형광물질을 이용한 calibration을 통해 각 금속구멍의 크기에 따라 국소화된 특이 광투과 깊이가 결정된다는 사실을 확인하였다.
그리고 이 나노패턴 내 각각 상이한 크기의 나노구멍에서 투과깊이 차이가 있고, 이를 통해 수십 나노미터의 차이를 갖는 각 깊이들에 대해 형광 물질을 활성화시키는 형광여기광원(fluorescence excitation light source)으로서의 기능을 할 수 있어 이 깊이의 차이를 이용하여 세포 내 미세 생체물질의 분포를 최적 조건에서 20 나노미터 크기의 해상도로 분석하였다.
그리고 공초점 형광 이미징(Confocal fluorescence imaging)과 같은 기존 영상법을 사용하여 그 결과를 확인하는 데 성공하였다. 이러한 해상도는 우리별 위성에서 사람의 손바닥을 판별하는 정도의 해상도로서, 기존의 광학 기반 영상분석법의 종축 해상도 한계보다 더 작은 크기로 잘라볼 수 있는 새로운 광학측정플랫폼을 개발하였다는 점에 큰 의의를 갖는다.
나노횃불 만드는 금속나노칩 개발
누가 공초점 형광 이미징의 영상법을 사용하여 광투과현상을 발견했어
프랑스 Strasbourg 대학 연구자