KR101197741B1 - 나노로드를 구비하는 표면 플라즈몬 공명 센서 - Google Patents

나노로드를 구비하는 표면 플라즈몬 공명 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로 산화 아연의 씨드박막에 성장 형성되는 산화 아연 성분의 나노로드 또는 나노로드에 추가적으로 증착되는 나노 입자를 통해 측정 감도를 향상시킨 공명 플라즈몬 바이오 센서에 관한 것이다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 금속 박막에 성장 형성된 산화아연 나노로드 또는 산화아연 나노로드에 증착된 금속 입자를 구비함으로써, 측정 감도를 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 나노로드 성장 용액의 농도 또는 온도, 성장 시간을 조절하여 형성되는 나노로드의 단위면적당 수, 크기 또는 높이를 제어함으로써, 다양한 분야에 적합한 측정 감도를 갖는 표면 플라즈몬 공명 센서를 제조할 수 있다.

Description

나노로드를 구비하는 표면 플라즈몬 공명 센서{Surface plasmon resonance biosensors comprising nanorod}
본 발명은 바이오 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로 산화아연의 씨드박막에 성장 형성되는 산화아연 성분의 나노로드 또는 나노로드에 추가적으로 증착되는 금속 입자를 통해 측정 감도를 향상시킨 공명 플라즈몬 바이오 센서에 관한 것이다.
21세기는 나노기술(Nanotechnology)과 정보통신기술(Information Technology) 그리고 생명공학(Biotechnology)이 융합한 고도의 지식 기반사회가 될 것이라 예측하고 있다. 최근 나노 기술이 생명 과학 연구에 응용되면서 새로운 연구 분야에 국내외 연구자들의 관심이 집중되기 시작하였다. 특히, 나노기술과 바이오기술이 융합한 바이오센서는 무한한 응용 가능성을 가지고 있는 미래 지향적인 연구 분야이다. 최근에는 표면 플라즈몬 공명 현상을 이용한 바이오 센서에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
표면 플라즈몬의 여기(excitation)는 외부에서 서로 다른 유전함수를 갖는 두 매질 경계면 즉, 금속과 유전체의 경계면에 전기장을 인가하면 두 매질 경계면에서 전기장 수직성분의 불연속성 때문에 표면전하가 유도되고 이러한 표면전하들의 진동이 표면 플라즈몬 파로 나타난다. 이 표면 플라즈몬 파는 자유공간에서의 전자기파와는 달리 입사면에 평행하게 진동하는 파이다.
입사파가 금속박막의 경계면에서 전반사되고 소산파 (evanescent field)는 금속박막 속으로 지수 함수적으로 감소되지만 특정한 입사각과 박막의 두께에서는 경계면에 평행한 방향의 입사파와 금속박막과 공기의 경계면을 따라 진행하는 표면 플라즈몬 파의 위상이 일치할 경우 공명이 일어나게 된다. 이 때 입사파의 에너지는 모두 금속 박막에 흡수되어 반사파는 없어지고, 경계면에 수직한 방향의 전기장의 분포는 지수함수적으로 경계면에서 가장 크고 금속박막 속으로 갈수록 급격히 감소하는 현상이 발생하게 되는데 이를 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라고 한다. 그리고 입사한 광의 반사도가 급격하게 감소하는 각도를 표면 플라즈몬 공명각(surface plasmon resonance angle)이라 한다. 표면 플라즈몬 공명을 이용한 바이오 센서는 이러한 표면 플라즈몬의 특성을 이용하여 시료의 박막 두께, 굴절률의 변화, 생화학 물질이나 생체 물질의 반응 정도를 측정하게 된다.
도 1은 종래 표면 플라즈몬 공명 센서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고로 살펴보면, 종래 표면 플라즈몬 공명 센서는 프리즘(10), 프리즘 상단에 배치되어 있는 유리 기판(21), 유리 기판(21)의 상면에 배치되어 표면 플리즈몬 공명을 일으키는 금속 박막(23)을 구비하고 있다.
표면 플라즈몬 공명 현상이 일어나기 위해서는 표면 플라즈몬의 파수 벡터가 입사된 빛의 계면 성분 파수 벡터와 일치되어야 한다. 일반적으로 입사된 빛의 파수 벡터가 표면 플라즈몬 파수 벡터에 비해 작아 공명 현상을 관찰하기 불가능하기 때문에, 프리즘을 이용한 크레츠만(Kretchmann)구조를 흔히 이용하고 있다.
광원(30)은 금속 박막(23)측으로 입사광을 조사하며, 조사한 입사광은 금속 박막(23)의 표면에서 반사되어 수광부(40)에서 수광된다. 수광부(40)는 금속 박막(23)에서 반사되어 수광된 반사광의 세기를 측정한다.
반사광의 세기에 기초하여 측정한 공명각의 크기는 금속 박막(23)의 상면에 배치되는, 측정하고자 하는 시료(1)의 종류 또는 시료(1)의 유무에 따라 변화하게 된다. 표면 플라즈몬 공명 센서의 측정 감도는 측정하고자 하는 시료의 종류에 따라 또는 시료의 유무에 따라 공명각의 변화가 커야 정확한 분석이 가능한데, 이러한 표면 플라즈몬 공명 센서의 측정 감도를 향상시키기 위하여 표면 플라즈몬 공명 센서를 구성하는 부품 구조나 재질을 최적화하기 위한 다양한 많은 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은 금속 박막에 형성된 산화아연 나노로드를 이용하여 측정 감도가 향상된 표면 플라즈몬 공명 센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 금속 박막에 형성된 산화아연 나노로드를 구비한 표면 플라즈몬 공명 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 기판과, 기판의 상면에 배치되어 있는 금속 박막과, 금속박막의 상면에 형성되어 있는 씨드박막과, 씨드박막의 상면에 형성되어 있는 나노로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 씨드박막은 고주파 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering) 방식을 이용하여 산화아연 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연 중 어느 하나로 금속 박막의 상면에 형성된다.
또한 나노로드는 질산아연(zinc nitrate) 분말가루와 헥사메틸렌테트라아(hexamenthylentetramine) 분말가루를 수용액에 혼합하여 생성된 성장 용액에서 산화아연이 씨드박막에 증착하여 성장 형성된다. 나노로드의 크기와 높이는 성장 용액의 농도, 성장 용액의 온도, 또는 성장 시간 중 적어도 어느 하나에 의해 제어된다.
바람직하게, 나노로드에는 금 재질의 금속 입자가 열증발 증착법 또는 화학적 합성방식으로 증착되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 제조 방법은 투명 기판의 상면에 금속박막을 형성하는 단계와, 고주파 마그네트론 스퍼터링 방식으로 산화아연 또는 알루미늄 도핑된 산화아연 중 어느 하나로 금속박막의 상면에 씨드박막을 형성하는 단계와, 씨드박막이 형성된 투명 기판을 성장 용액에 담겨 나노로드를 성장 형성하는 단계와, 생성한 나노로드에 금속입자를 증착하는 단계를 포함하며,
여기서 성장 용액은 질산아연(zinc nitrate) 분말가루와 헥사메틸렌테트라아(hexamenthylentetramine) 분말가루를 수용액에 혼합하여 생성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 종래 표면 플라즈몬 공명 센서와 비교하여 다음과 같은 다양한 효과들을 가진다.
첫째, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 금속 박막에 성장 형성된 산화아연 나노로드를 구비함으로써, 측정 감도를 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 성장 형성된 나노로드에 금속 입자를 증착시킴으로써, 측정 감도를 더욱 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 나노로드 성장 용액의 농도 또는 온도, 성장 시간을 조절하여 형성되는 나노로드의 단위면적당 수, 크기 또는 높이를 제어함으로써, 다양한 분야에 적합한 측정 감도를 갖는 표면 플라즈몬 공명 센서를 용이하게 제조할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 대량 생산을 위한 설비가 간단하여 적은 비용으로 제작할 수 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서는 나노로드, 나노로드에 증착된 금속 입자, 성장 조건의 변화에 따른 다양한 나노로드의 단위면적당 수, 크기, 높이를 통해 높은 측정 감도를 갖는 표면 플라즈몬 공명 센서를 제조함으로써, 종래 바이오 센서가 이용되는 분야뿐만 아니라 높은 측정 감도가 요구되는 다양한 응용 분야에도 널리 사용될 수 있다.
도 1은 종래 표면 플라즈몬 공명 센서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 구성 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 구성 단면도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 나노로드 성장 방향을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 서로 다른 성장 조건의 성장 용액에서 씨드박막의 상면에 성장 형성된 나노로드를 전자주사현미경(scanning electron microscope)로 촬영한 사진이다.
도 7은 씨드박막에 나노로드가 성장 형성되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서와 나노로드가 형성되어 있는 표면 플라즈몬 공명 센서의 공명각 측정 그래프를 도시하고 있다.
이하 첨부한 도면을 참고로 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 구성 단면도를 도시하고 있다.
도 2를 참고로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서(100)는 투명 기판(101), 투명 기판(101)의 상면에 배치되는 금속 박막(103), 금속 박막(103)의 상면에 형성되어 있는 씨드박막(105) 및 씨드박막(105) 상면에 성장 형성된 나노로드(107, nanorod)를 구비하고 있다.
투명 기판(101)은 표면 플라즈몬 공명 센서(100)를 지지하는 역활을 수행하며 광원(미도시)으로부터 조사된 광을 통과시킬수 있도록 투명한 유전체, 예를 들어 실리카(SiO2)와 같은 유리 기판 또는 실리콘(Si) 기판, 티타늄 산화물(TiO2), 알루미늄 산화물(Al2O5)와 같은 투명한 산화물 기판이 사용될 수 있다.
금속 박막(103)은 투명 기판(101)을 통과한 광을 반사시키거나 표면 플로즈몬을 발생하는데, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 혼합물을 사용하여 전자빔 진공증착 또는 열증발증착법(thermal chemical vapor deposition)의 증착 방식으로 투명 기판(101)의 상면에 코팅된다. 바람직하게, 금속 기판의 증착 두께는 표면 플라즈몬 공명 센서의 응용 분야 또는 구조에 따라 다르게 제작되는데, 통상적으로 30nm 내지 50nm의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 한다.
금속 박막(103)의 상면에는 씨드박막(105, seed layer)이 형성되어 있으며, 씨드박막(105) 상면에는 다수의 나노로드(107, nanorod)들이 형성되어 있다. 씨드박막(105)은 나노로드(107)를 성장하는데 이용되는데, 바람직하게 씨드박막(105)은 산화아연(ZnO) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연을 고주파 마크네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering) 방식으로 형성하며, 씨드박막(105)이 형성된 기판을 성장용액에 담가 화학적 증착 방식으로 산화아연 재질의 나노로드(107)를 성장 형성시킨다. 바람직하게 씨드박막(105)은 3nm 내지 5nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다. 씨드박막(105)의 단위 면적당 성장 형성된 나노로드의 수, 나노로드의 크기, 나노로드의 높이는 성장 용액의 농도와 온도 또는 성장 용액에 담겨둔 시간, 즉 성장 시간에 따라 제어된다.
이렇게 제작된 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서(100)를 이용하여 바이오 분자를 측정하고자 하는 경우, 바이오 분자(200)를 표면 플라즈몬 공명 센서(100)의 나노로드(107)에 코팅하고, 바이오 분자(200)가 코팅된 표면 플라즈몬 공명 센서(100)를 프리즘(50)에 올려 놓는다. 레이저 광원을 프리즘(50)을 통해 표면 플라즈몬 공명 센서(100)로 조사하고 표면 플라즈몬 공명 센서(100)의 금속 박막(105)에서 반사되는 광의 반사 세기를 측정하여 공명각을 판단한다.
나노로드(107)가 형성된 표면 플라즈몬 공명 센서(100)에 바이오 분자(200)를 코팅하는 경우 바이오 분자(200)와 나노로드(107) 사이의 접촉 면적이 증대되며, 이로 인하여 바이오 분자가 코팅되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서와 바이오 분자가 코팅되어 있는 표면 플라즈몬 공명 센서에서 측정한 공명각이 큰 차이를 보인다. 따라서 나노로드가 형성되어 있지 않은 종래 표면 플라즈몬 공명 센서보다 보다 높은 측정 감도를 가지게 되며, 미세한 바이오 분자도 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 구성 단면도를 도시하고 있다.
도 3을 참고로 살펴보면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서(110)는 투명 기판(111), 투명 기판(111)의 상면에 배치되는 금속 박막(113), 금속 박막(113)의 상면에 형성되어 있는 씨드박막(115) 및 씨드박막(115) 상면에 성장 형성된 나노로드(117, nanorod)가 배치되어 있다. 나노로드(117)에는 금속 입자(119, particle)가 증착되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서(110)의 투명 기판(111), 금속 박막(113), 씨드박막(115) 및 나노로드(117)는 앞서 설명한 표면 플라즈몬 공명 센서(100)의 투명 기판(101), 금속 박막(103), 씨드박막(105) 및 나노로드(107)와 동일하므로 이하 자세한 설명은 생략한다.
금속 입자(119)는 열 화학 증착방식(thermal chmical vapor deposition) 또는 화학적 합성방식을 사용하여 금,은 등의 금속 입자를 나노로드(117)에 다수 개 증착할 수 있는데, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 금속 입자는 다른 재질로 다른 증착 방식으로 나노로드에 증착시킬 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.
나노로드(117)에 금속 입자(119)가 증착된 표면 플라즈몬 공명 센서(110)에 바이오 분자를 코팅하는 경우 바이오 분자와 나노로드(117) 사이 그리고 바이오 분자와 금속 입자(119) 사이의 접촉 면적이 증대되며, 이로 인하여 바이오 분자가 코팅되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서와 바이오 분자가 코팅되어 있는 표면 플라즈몬 공명 센서에서 측정한 공명각이 큰 차이를 보인다. 따라서 나노로드가 형성되어 있지 않은 종래 표면 플라즈몬 공명 센서보다 보다 높은 측정 감도를 가지게 되며, 미세한 바이오 분자도 높은 정밀도로 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 플라즈몬 공명 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참고로 살펴보면, 유리 기판과 같이 광을 투과시킬 수 있는 투명 기판의 상면에 금속 박막을 30nm 내지 50nm의 두께로 전자빔 진공증착 또는 열증발 증착법을 이용하여 증착한다(S1). 증착된 금속 박막의 상면에 씨드박막을 형성한다(S3). 씨드박막은 나노로드를 성장시키기 위한 구조물로, 산화아연(Zno) 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연으로 씨드박막을 3nm 내지 5nm의 두께로 형성한다. 씨드박막의 두께는 유리 기판의 종류와 공명각측정 시스템에 따라 공명 감도에 영향을 줄 수 있으므로 정확한 두께로 씨드박막을 형성할 필요가 있다. 금속 박막의 상면에 산화아연 씨드박막을 형성하기 위하여 아세트산아연(Zn(CH3COO)2) 수용액으로 코팅할 수 있지만, 보다 바람직하게 정확한 두께를 갖으면서 금속 박막에 견고하게 형성될 수 있는 고주파 마그네트론 스퍼터링 방식으로 형성된다.
금속 박막이 형성된 기판을 성장 용액에 담가 씨드박막의 상면에 나노로드를 성장 형성한다(S5). 성장 용액은 질산아연(Zn(NO3)2, zinc nitrate) 분말 가루와 헥사메틸렌테트라아민((CH2)6N4,hexamethylenetetramine) 분말 가루를 같은 몰수로 수용액에 혼합하여 생성한다. 생성한 성장 용액을 핫 플레이트 위에서 90도 내지 95도의 온도로 유지시키며 씨드박막이 형성된 기판을 성장 용액에 3시간 내지 12시간 담가 산화아연 나노로드를 씨드박막의 상면에 성장 형성시킨다. 헥사메틸렌테트라아민((CH2)6N4,hexamethylenetetramine) 분말 가루를 수용액에 혼합시 화학 반응은 아래의 화학식(1)과 같으며, 질산아연(Zn(NO3)2, zinc nitrate) 분말 가루를 수용액에 혼합시 화학 반응은 아래의 화학식(2)와 같다.
[화학식 1]
(CH2)6N4 + 6H2O -> 6CHOH + 4NH3
NH3 + H2O -> NH4 + +OH-
[화학식 2]
Zn(NO3)2 + H2O -> Zn2+ + 2HNO3
헥사메틸렌테트라아민을 수용액에 혼합하여 생성된 OH-기와 질산아연을 수용액에 혼합하여 생성된 Zn2 +로부터 아래의 화학식(3)과 같이 산화아연이 씨드박막 위에 성장 형성된다.
[화학식 3]
2OH- + Zn2+ -> ZnO + H2O
여기서 도 5를 참고로 산화로드는 성장 방향을 살펴보면, 산화아연 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연의 씨드박막의 상면에 c-plane축 방향으로 나노로드가 성장 형성된다. c-plane은 산화아연 또는 알루미늄이 도핑된 산화아연의 원자 구조(Wurzite 구조)에서의 c축을 의미한다.
씨드박막의 상면에 나노로드가 성장 형성된 경우, 성장 형상된 나노로드에 금속 입자(particle)을 증착시킨다(S7). 금속 입자를 나노로드에 증착시키기 위하여 2가지 방법이 사용될 수 있는데, 하나의 방법인 열화학증착법은 열증발증착기(thermal evaporator)를 이용하여 금, 은과 같은 금속 소스를 고온으로 가열하여 나노로드에 금속 입자를 증착할 수 있다. 여기서 금속 입자를 나노로드에 안정적으로 증착시키기 위하여 열증발증착기의 내부 압력을
Figure 112010031943230-pat00001
토르(torr)에서
Figure 112010031943230-pat00002
토르의 진공 상태에서 은(Ag), 금(Au), 알루미늄(al), 구리(Gu) 등의 금속 소스를 가열하여 금속 입자를 나노로드에 증착시킨다. 바람직하게, 은, 금, 알루미늄, 구리는 각각 3080도, 2212도, 2467도, 2567도의 온도로 가열하여 금속 입자를 나노로드에 증착시킨다.
다른 방법인 화학적 합성법은 사수화물(HAuC14ㆍ4H2O)과 시트르산삼나트륨(C6H5Na3O7)을 혼합하여 금 나노입자를 화학적 방법으로 합성할 수 있는데, 형성된 나노로드에 스트르산삼나트륨을 코팅하여 사수화물 수용액에 담그고 서서히 30분 동안 70도 내지 90도로 가열하여 금 나노 입자를 나노로드에 증착시킬 수 있다.
도 6은 서로 다른 성장 조건의 성장 용액에서 씨드박막의 상면에 성장 형성된 나노로드를 전자주사현미경(scanning electron microscope)로 촬영한 사진이다.
씨드박막의 상면에 성장 형성되는 단위 면적당 나노로드의 수, 나노로드의 크기 또는 나노로드의 높이는 성장 용액의 농도, 성장 용액의 온도, 성장 시간에 따라 제어될 수 있다.
도 6(a)은 질산아연(Zn(NO3)2) 분말 가루와 헥사메틸렌테트라아민((CH2)6N4) 분말 가루를 수용액에 혼합하여 0.02M의 농도의 성장 용액을 제조한 후, 90도의 온도에서 3시간 씨드박막에 성장 형성된 나노로드(이하 'A 타입'이라 언급함) 사진이며, 도 6(b)은 성장 용액의 질산아연(Zn(NO3)2) 분말 가루와 헥사메틸렌테트라아민((CH2)6N4) 분말 가루를 수용액에 혼합하여 0.05M의 농도의 성장 용액을 제조한 후, 90도의 온도에서 9시간 씨드박막에 성장 형성된 나노로드(이하 'B 타입'이라 언급함) 사진이며, 도 6(c)에 도시되어 있는 나노로드는 성장 용액의 질산아연(Zn(NO3)2) 분말 가루와 헥사메틸렌테트라아민((CH2)6N4) 분말 가루를 수용액에 혼합하여 0.2M의 농도의 성장 용액을 제조한 후, 95도의 온도에서 12시간 씨드박막에 성장 형성된 나노로드(이하 'C' 타입이라 언급함) 사진이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 성장 용액의 농도를 높게 할수록 씨드박막의 단위면적당 성장하는 나노로드의 수가 증가하게 되며, 성장 용액의 온도를 95도이내의 온도에서 높게 할수록, 그리고 성장 시간을 12시간 이내에서 길게할수록 씨드박막의 상면에 성장 형성되는 나노로드의 크기와 높이가 증가하게 된다. 단위 면적당 성장하는 나노로드의 수가 증가할수록, 나노로드의 크기와 높이가 증가할수록 측정 감도가 향상된다. 따라서 성장 용액의 농도, 성장 용액의 온도 또는 성장 시간을 제어함으로써, 본 발명이 적용되는 분야에 따라 최적의 측정 감도를 가지는 표면 플라즈몬 공명 센서를 서로 달리 제작할 수 있다.
도 7은 씨드박막에 나노로드가 성장 형성되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서와 나노로드가 형성되어 있는 표면 플라즈몬 공명 센서의 공명각 측정 그래프를 도시하고 있다.
도 7(a)를 참고로 살펴보면, 실선으로 표시한 부분은 나노로드가 성장 형성되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서에 바이오 입자를 코팅하지 않은 상태로 광원의 조사 각도를 달리하여 측정한 반사율의 세기를 도시하고 있으며, 점선으로 표시한 부분은 나노로드가 성장 형성되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서에 바이오 입자를 코팅한 상태에서 광원의 조사 각도를 달리하여 측정한 반사율 세기를 도시하고 있다. 도 7(a)에서 나노로드가 성장 형성되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서의 경우 바이오 입자를 코팅하지 않은 경우와 바이오 입자를 코팅한 경우 공명각의 차이는 θ1이다.
도 7(b)를 참고로 살펴보면, 실선으로 표시한 부분은 B타입으로 나노로드가 성장 형성된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 바이오 입자를 코팅하지 않은 상태로 광원의 조사 각도를 달리하여 측정한 반사율의 세기를 도시하고 있으며, 점선으로 표시한 부분은 'B' 타입으로 나노로드가 성장 형성된 표면 플라즈몬 공명 센서에서 바이오 입자를 코팅한 상태에서 광원의 조사 각도를 달리하여 측정한 반사율 세기를 도시하고 있다. 도 7(b)에서 'B' 타입으로 나노로드가 성장 형성된 플라즈몬 공명 센서의 경우 바이오 입자를 코팅하지 않은 경우와 바이오 입자를 코팅한 경우 공명각의 차이는 θ2이다.
도 7(a)와 도 7(b)에서 알 수 있듯이, 나노로드가 성장 형성되어 있지 않은 표면 플라즈몬 공명 센서에서 바이오 분자가 존재하는 경우와 존재하지 않은 경우의 공명각 차이보다 나노로드가 성장 형성되어 있는 표면 플라즈몬 공명 센서에서 바이오 분자가 존재하는 경우와 존재하지 않은 경우의 공명각 차이가 훨씬 크게 발생함으로 알 수 있다. 바이오 분자가 존재하는 경우와 존재하지 않은 경우의 공명각 차이가 클수록, 미세한 바이오 분자나 극히 소량의 바이오 분자가 존재하는 응용분야에서도 향상된 측정 감도로 바이오 분자를 측정할 수 있다.
10: 프리즘 21: 유리기판
23: 금속 박막 30: 광원
40: 수광부 100, 110: 표면 플라즈몬 공명 센서
101, 111: 투명기판 103, 113: 금속 박막
105, 115: 씨드박막 107, 117: 나노로드
119: 금속 입자

Claims (14)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판의 상면에 배치되어 있는 금속박막;
    상기 금속박막의 상면에 형성되어 있는 씨드박막:
    상기 씨드박막의 상면에 형성되어 있는 나노로드; 및
    상기 나노로드에 증착되는 금속 입자를 포함하며,
    상기 씨드박막은 산화아연 또는 알루미늄 도핑된 산화아연 중 어느 하나로 고주파 마그네트론 스퍼터링 방식으로 3nm 내지 5nm 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 입자는
    열 화학증착 방식 또는 화학적 합성방식으로 상기 나노로드에 증착되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 입자의 재질은 금인 것을 특징으로 하는 바이오 센서
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 나노로드는
    산화아연 또는 알루미늄 도핑된 산화아연 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 나노로드는
    질산아연(zinc nitrate) 분말가루와 헥사메틸렌테트라아민 (hexamenthylentetramine) 분말가루를 수용액에 혼합하여 생성된 성장 용액에서 상기 씨드박막에 산화아연이 증착하여 성장 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 나노로드의 크기와 높이는 상기 성장 용액의 농도, 성장 용액의 온도, 또는 성장 시간 중 적어도 어느 하나에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 바이오 센서
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 투명 기판의 상면에 금속박막을 형성하는 단계;
    고주파 마그네트론 스퍼터링 방식으로 산화아연 또는 알루미늄 도핑된 산화아연 중 어느 하나로 상기 금속박막의 상면에 씨드박막을 형성하는 단계;
    상기 씨드박막이 형성된 투명 기판을 성장 용액에 담겨 나노로드를 성장 형성하는 단계; 및
    상기 생성한 나노로드에 금속입자를 증착하는 단계를 포함하며,
    상기 성장 용액은 질산아연(zinc nitrate) 분말가루와 헥사메틸렌테트라아민(hexamenthylentetramine) 분말가루를 수용액에 혼합하여 생성되는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공명 센서의 제조 방법.
  14. 삭제
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