심혈관 바이오마커 검출 위한 3D SERS 활성 기판 개발 | 뉴스 > Bio뉴스 > 동향

Bio통신원(한양대학교) 연구성과

심혈관 바이오마커 검출 위한 3D SERS 활성 기판 개발

등록2025.11.14.
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한양대학교 ERICA 에너지바이오학과 이승현 교수 연구팀이 나노종합기술원, 인천대학교 연구팀과 공동으로 유전영동을 기반으로 한 고감도 표면 증강 라만 산란(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) 활성 기판을 개발했다고 밝혔다.

한양대학교 이승현 교수

기존 SERS 기술은 극미량 분자 검출이 가능한 분석 기법이지만, 핫스팟(hotspot)의 균일한 생성이 어려워 신뢰도와 재현성이 떨어진다는 한계가 있었다. 라만 신호 증폭이 나노입자 간 수 nm 간격의 핫스팟에서 발생하기 때문이다. 이 때문에 넓은 면적에서 핫스팟을 균일하게 형성하는 것은 SERS 기판 제작의 핵심 난제로 꼽혀 왔다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 다공성 니켈 폼(Ni foam)을 800°C 고온에서 열처리해 미세한 돌출 구조(grain structure)를 형성하고, 그 표면에 금(Au)을 증착해 균일하게 배열된 금 나노입자 구조체를 구현했다. 이러한 3차원 구조는 라만 레이저 초점 부피 내에 더 많은 핫스팟을 포함시켜 SERS 신호를 크게 향상시켰다.

그 결과 개발된 SERS 기판은 심근경색의 핵심 바이오마커인 ‘심장 트로포닌 I(cTnI)’을 검출하는 경쟁 면역분석에 적용됐으며, pg/mL–1µg/mL 범위에서 안정적인 검출이 가능한 것으로 확인됐다. 검출 한계(LOD)는 5.8 pg/mL로, 저비용 구조체 기반 SERS 기판 중 매우 우수한 성능을 보였다. 이는 혈액처럼 복잡한 생체 시료에서도 해당 플랫폼이 민감하고 정확한 바이오마커 진단 도구로 활용될 잠재력을 보여준다.

이승현 교수는 “니켈 폼의 열처리를 통해 3차원 나노구조를 형성한 점이 이번 연구의 가장 큰 혁신”이라며 “5.8 pg/mL 수준의 검출 한계를 달성했을 뿐 아니라, 플라즈마 세척을 활용한 기판의 재사용 가능성까지 확인한 점에서 의미가 크다”고 설명했다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 개인기초 신진후속·중견연계 연구과제와 경기도청 GRRC 과제의 일환으로 수행됐으며, 영국 왕립화학회(RSC) 학술지 『Nanoscale Advances』에 지난 3월 13일 표지논문으로 선정되는 성과를 거두었다.

해당 논문 「Highly Sensitive SERS-active Substrate with Uniform Gold Nanostructures on Heat-treated Ni Foam for Detection of Cardiovascular Disease Biomarker」에는 한양대 유성훈 박사 및 박재준 석박사통합과정 연구원이 공동 1저자로, 남동환 박사, 김수민 석박사 통합과정 연구원, 정동탁 교수, 나노종합기술원의 이문근 박사가 공저자로 참여했으며, 한양대 이승현 교수가 교신저자로 참여했다.

한편, 이승현 교수는 교내 연구와 학술 활동 이외에도 『Nano Convergence』의 수석 편집 위원 및 ‘Elastomer and Composite’의 편집 위원장을 맡아 학계의 발전을 이끌고 있다. 주요 연구 분야는 △플라즈모닉 금속 나노입자 기반 광학 나노바이오센서 △그린 수소 생산용 3D 나노구조 촉매 △차세대 반도체 패키징용 소재 및 평가법 개발 등으로, 기초 나노 과학부터 실용적인 에너지 및 바이오 응용 기술까지 폭넓은 연구를 수행 중이다.