양자 한계 화학 센서 칩, 미량 화합물 신속 정확 검출 가능

버팔로 대학교 연구자들은 화학 센싱 칩의 발전을 보고했는데, 이는 호흡 분석기가 알코올을 식별하는 것만큼 빠르게 불법 약물부터 오염 물질까지 미량 화학물질을 감지할 수 있는 휴대용 장치로 이어질 수 있습니다.

이 칩은 식품 안전 모니터링, 위조 방지, 미량 화학물질이 분석되는 기타 분야에서도 활용될 수 있습니다.

이 연구는 Qiaoqiang Gan 교수 연구실의 이전 연구를 기반으로 합니다. 금과 은 나노입자 가장자리에서 빛을 가두는 칩을 만드는 연구였습니다. 생물학적 또는 화학적 분자가 칩 표면에 닿으면, 포착된 빛의 일부가 분자와 상호작용하여 새로운 에너지의 빛으로 '산란'됩니다. 이 효과는 화학 또는 생물학적 분자의 지문 역할을 하는 인식 가능한 패턴으로 발생하여 어떤 화합물이 존재하는지에 대한 정보를 드러냅니다.

모든 화학물질이 고유한 빛 산란 서명을 가지므로, 이 기술은 결국 혈액, 호흡, 소변 및 기타 생물학적 샘플에서 약물을 감지하기 위한 휴대용 장치에 통합될 수 있습니다. 또한 공기나 물, 기타 표면의 화학물질을 식별하기 위한 다른 장치에도 통합될 수 있습니다. 이 센싱 방법을 표면 증강 라만 분광법(SERS)이라고 합니다.

효과적이지만, Gan 그룹이 이전에 만든 칩은 설계가 균일하지 않았습니다. 금과 은이 고르지 않게 간격을 두고 배치되어 있어, 산란된 분자를 식별하기 어렵게 만들었습니다. 특히 칩의 다른 위치에 나타날 경우 더욱 그렇습니다. Gan과 연구진은 이 단점을 해결하기 위해 노력해 왔습니다.

팀은 제조 공정에서 BZT, 4-MBA, BPT, TPT 네 가지 분자(각기 다른 길이)를 사용하여 금과 은 나노입자 간 간격 크기를 제어했습니다. 업데이트된 제조 공정은 전자빔 리소그래피라는 SERS 칩의 더 일반적이고 비싼 방법 대신 원자층 증착과 자기조립 단분자층 두 가지 기술을 기반으로 합니다.

결과는 뛰어난 균일성을 가지면서 상대적으로 저렴하게 생산할 수 있는 SERS 칩입니다. 더 중요한 것은 양자 한계 감지 능력에 접근한다는 점입니다. Gan은 말합니다 — 이는 기존 SERS 칩의 과제였습니다.