형상기억 폴리우레탄(SMPU)에 임베디드된 은 나노입자(AgNP)로 장식된 은 나노와이어(AgNW) 어레이로 구성된 유연한 초소수성 기판을 제시합니다. 계면 자기조립, 전기화학적 구리 증착, 갈바닉 AgNP 성장, 퍼플루오로데칸티올(PFDT) 기능화로 이루어진 제조 전략은 분석물 분자를 포착하고 전자기 핫스팟을 증폭시키는 계층적 마이크로/나노 구조를 생성합니다. 로다민 B(RB)를 프로브로 사용해 10⁻¹⁰ M의 검출 한계, 비소수성 대비 1.5배 강도 향상, 우수한 재현성(RSD < 24%)을 달성했습니다. 유연성, 초소수성, 플라즈모닉 증강의 결합이 실용적 센싱 응용에 적합한 견고하고 민감한 SERS 플랫폼을 제공함을 입증했습니다.
표면증강 라만 산란(SERS)은 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 통한 비범한 신호 증폭으로 미량 및 단일 분자 검출의 최고 기술로 부상했습니다. 핫스팟(집중된 전자기장 영역)은 나노미터 간극, 예리한 팁, 고곡률 지점에서 나타나며 |E|⁴ 수준의 증폭을 가능케 합니다. 콜로이드 나노입자와 거친 전극은 단순하지만 재현성이 낮습니다. 탑다운 나노제작은 고품질이나 비용과 복잡성이 과도합니다. 반면 자기조립은 리소그래피 단점 없이 제어 가능한 입자 간격의 정렬된 플라즈모닉 구조로 확장 가능하고 비용 효율적인 경로를 제공합니다.
초소수성은 모세관 고정을 통해 분석물을 서브마이크론 영역에 국한시켜 표적 분자를 농축하고 검출 한계를 낮춤으로써 SERS를 추가로 향상시킵니다. 기존 연구는 연꽃형 표면이나 폴리머 코팅으로 저표면에너지를 구현했으나 안정적이고 고조도 나노구조 달성이 과제였습니다. 유연한 기판은 불규칙 표면과의 순응적 접촉과 시료 채취 용이성으로 적용 범위를 확장합니다. 형상기억 폴리우레탄(SMPU)은 형상 회복과 조절 가능한 기계적 순응성을 제공해 플라즈모닉 나노구조 통합에 매력적인 매트릭스입니다.
본 연구에서는 정렬된 AgNW 어레이, AgNP 장식, SMPU 유연성, PFDT 유도 초소수성을 시너지적으로 결합한 다기능 SERS 기판을 개발했습니다. 결과 플랫폼은 초저 검출 한계, 우수한 균일성, 장기 안정성을 제공합니다.
퍼플루오로데칸티올(PFDT, Sigma-Aldrich), AgNO₃ 및 CuSO₄(분석급, Beijing Chemical Reagents), AgNW 수용액 현탁액(직경 300 nm, 길이 30 µm, Haoxi Research Nanomaterials), 문헌[31]에 따라 합성된 SMPU를 사용했습니다.
AgNW를 5 mg/mL로 분산해 클로로포름/물 계면에 떨어뜨리고 아세톤을 방울별로 첨가해 자기조립을 유도, 거울 같은 단일층을 얻었습니다. 필름을 세척된 실리콘 칩에 전사하고 SMPU(약 50 µm 두께)에 핫프레싱해 복합체 S0을 형성했습니다.
S0 필름을 혼합 전해질(70 g/L CuSO₄, 200 g/L H₂SO₄, 50 ppm HCl, 1 ppm Bis-(3-sodiumsulfopropyl disulfide), PEG 6000, 1 ppm Janus Green)에 담그고 0.1 A로 5~60초 전기 도금했습니다. 시료 S1~S4는 각각 5, 15, 30, 60초 증착 시간에 해당합니다.
구리 장식 필름을 1×10⁻³ M AgNO₃에 1분간 담가 갈바닉 치환으로 AgNW 위에 AgNP를 형성했습니다. 결과 AgNW@AgNP 필름을 세척하고 N₂로 건조했습니다.
필름을 1:1 에탄올/헥세인 중 5 mM PFDT에 15시간 담근 후 에탄올로 세척하고 건조했습니다. 이 단계로 저표면에너지와 초소수성에 필요한 계층적 조도를 부여했습니다.
SEM(JEOL JSM-7001F)으로 형태를, UV-vis(Shimadzu UV-2450)로 LSPR을, XRD(Bruker X'Pert)로 결정상을 확인했습니다. 정적 물 접촉각은 고니오미터(JC2000D1)로 측정했습니다. SERS 스펙트럼은 HORIBA LabRAM HR 800(633 nm, 1.7 mW, 20초, 1 µm 스팟)으로 수집했습니다. 모든 실험은 3회 반복 수행했습니다.
그림 1은 3단계 공정을 보여줍니다: (1) 정렬된 AgNW 계면 조립 및 SMPU 통합, (2) 구리 전기도금 후 갈바닉 AgNP 성장, (3) PFDT 표면 개질.
SEM 이미지(그림 2a,b)는 최소 결함의 고도로 정렬된 AgNW 단일층을 보여줍니다. 후속 Cu 증착으로 표면 조도가 생기고 AgNP가 나노와이어 네트워크 전반에 균일하게 형성됩니다(그림 2c-f). 입자 크기는 증착 시간에 따라 증가해 핫스팟 밀도를 정밀 제어할 수 있습니다.
XRD 패턴(그림 3)은 면심입방 Ag의 존재와 갈바닉 치환 후 Cu 피크 소실을 확인해 잔류 Cu 오염 없이 완전한 AgNP 전환을 입증합니다.
FT-IR 스펙트럼(그림 4)은 적색편이된 CF 진동과 자유 PFDT 피크 부재로 PFDT 그래프팅 성공을 입증하며 정렬된 단일층 형성을 확인합니다.
정적 접촉각은 AgNW와 AgNW@AgNP에서 113°~121°였으나 PFDT 기능화 후 155°로 증가했습니다(그림 5). 향상된 조도와 저표면에너지가 물방울을 마이크로미터 크기 스팟으로 압착하는 견고한 초소수성 상태를 생성합니다.
초소수성 표면에서 5 µL RB 물방울 증발 시 약 0.60 mm²의 국한된 스팟이 형성돼 친수성 AgNW@AgNP 필름의 약 3.2 mm²보다 5배 작았습니다(그림 6). 스팟 면적의 극적인 감소는 국소 분석물 농도 증가로 이어져 SERS 감도 직접 향상에 기여합니다.
UV-vis 스펙트럼(그림 7)에서 AgNW의 고유한 LSPR 피크(323 nm, 352 nm)가 AgNP 성장 후 450 nm로 확대 이동해 성공적인 플라즈모닉 결합을 확인했습니다.
10⁻⁵ M RB 사용 시 AgNW@AgNP 필름(S4)이 pristine 필름(S0) 대비 현저한 라만 증폭을 보였습니다. 초소수성 버전(S4-SH)은 분석물 농축과 지속적 핫스팟 접근성으로 신호를 약 1.5배 추가 증폭했습니다(그림 8a,b).
검출 한계는 10⁻¹⁰ M RB에 도달했으며, 이 농도에서도 특성 피크가 식별 가능했습니다(그림 8c). 20개 무작위 지점에서의 상대표준편차는 24% 미만으로 우수한 균일성을 입증했습니다(표 1).
24시간 보관 후 SERS 신호가 안정적으로 유지되며 피크 강도 변화가 5% 미만이었습니다(그림 9).
정렬된 AgNW 어레이에 AgNP 장식, SMPU 임베디드, PFDT 기능화를 통합해 유연한 초소수성 SERS 기판을 개발했습니다. 계층적 마이크로/나노 구조가 풍부한 핫스팟을 제공하고 초소수성이 분석물을 마이크로미터 영역에 농축함으로써 로다민 B를 10⁻¹⁰ M까지 검출 가능케 했습니다. 기판은 우수한 균일성, 재현성, 안정성을 보여 실용적인 현장 화학 센싱 플랫폼으로서 높은 잠재력을 지닙니다.
나노물질
초록 화장품에서 은 나노입자(nAg)의 안전한 사용을 보장하기 위해서는 피부 내 nAg의 물리적 특성을 밝혀야 합니다. 이 특성들은 경피 흡수 과정에서 변할 수 있기 때문입니다. 본 연구에서는 단일 입자 유도 결합 플라즈마 질량 분석법(sp-ICP-MS) 기반의 분석 시스템을 확립하여 피부 내 nAg의 물리적 특성을 결정하고자 했습니다. 먼저, 피부 시료 용해화를 위한 전처리 방법을 최적화했고, 수산화나트륨 처리로 대부분의 nAg가 입자 형태로 회수됨을 보였습니다. 표피와 진피로 피부를 분리하기 위해 여러 마이크로파 조사 조건을 선
초록 본 연구에서는 오토클레이브에서 아미드화 반응을 통해 아미노 하이퍼분지 폴리머(HBP)-접목 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유를 제조했습니다. 제조된 PAN-G-HBP 섬유는 아미노 HBP의 아미노기를 통해 Ag+를 착물화할 수 있으며, 고온 증기 조건에서 HBP의 환원성으로 Ag+를 Ag0로 전환할 수 있습니다. PAN-G-HBP와 Ag 나노입자(NPs) 코팅 섬유를 FTIR, UV-Vis DRS, FE-SEM, EDS, XPS 및 항균 측정으로 특성 분석했습니다. FTIR 결과 HBP가 PAN 섬유 표면에 접목됨을 확인했습니다
