KR101745558B1 - A substrate for surface enhanced raman scattering and fabricating method of the same and analyzing method using the same - Google Patents

A substrate for surface enhanced raman scattering and fabricating method of the same and analyzing method using the same Download PDF

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Abstract

표면증강 라만산란 기판이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판은 돌기형 구조체가 형성된 유연한 기판, 유연한 기판 상에 형성된 금속나노 구조체 및 상기 금속나노 구조체가 형성된 유연한 기판이 용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 된 절연층 내부에 함입되는 것을 포함할 수 있다.A surface enhanced Raman scattering substrate is disclosed. The surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention includes a flexible substrate on which a protruding structure is formed, a metal nanostructure formed on a flexible substrate, and a flexible substrate on which the metal nanostructure is formed, Lt; RTI ID = 0.0 > layer. ≪ / RTI >

Description

표면증강 라만산란 기판, 이의 제조방법 및 이를 이용한 분석 방법{A SUBSTRATE FOR SURFACE ENHANCED RAMAN SCATTERING AND FABRICATING METHOD OF THE SAME AND ANALYZING METHOD USING THE SAME}[0001] The present invention relates to a surface enhanced Raman scattering substrate, a method of manufacturing the same, and an analysis method using the surface enhanced Raman scattering substrate,

본 발명은 표면증강 라만산란 기판, 이의 제조방법 및 이를 이용한 분석 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a surface enhanced Raman scattering substrate, a method of manufacturing the same, and an analysis method using the same.

금속나노 입자 표면에 빛이 입사되면, 빛이 가지는 특정 에너지의 전자기장과 금속나노 입자의 공명으로 인하여 금속나노 입자 또는 금속나노 구조체 표면의 자유 전자들이 집단적으로 진동하는 현상이 일어나며 이를 국부 표면 플라즈몬 공명현상(LSPR, localized surface plasmon resonance)이라고 한다. When light enters the surface of metal nanoparticles, free electrons on the surface of metal nanoparticles or metal nanostructures oscillate collectively due to the electromagnetic field of the specific energy of the light and the resonance of the metal nanoparticles. This is called local surface plasmon resonance (LSPR, localized surface plasmon resonance).

이러한, 국부 표면 플라즈몬 공명현상을 이용하여 분자의 라만신호를 증폭할 수 있는 기술로 표면증강 라만 분광법(SERS, surface-enhanced Raman spectroscopy)이 있으며, 표면증강 라만산란 기판 (SERS substrate)은 흡착된 분자의 라만신호를 증폭시킬 수 있는 금속나노 입자 또는 금속나노 구조체를 일컫는다.Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a technique that can amplify the Raman signal of a molecule using local surface plasmon resonance, and the surface-enhanced Raman scattering substrate (SERS substrate) Quot; refers to a metal nanoparticle or a metal nanostructure capable of amplifying the Raman signal of the metal nanoparticle.

표면증강 라만산란 기판은 SERS 신호를 이용하여 극미량의 병원균, 독성물질, 환경호르몬, DNA 와 같은 화학/바이오 물질 검출이 가능하기 때문에 다양한 센서로 사용될 수 있다.The surface enhanced Raman scattering substrate can be used for various sensors because it can detect trace amounts of pathogens, toxic substances, environmental hormones and chemical / biomaterials such as DNA using SERS signal.

또한, 표면증강 라만산란 기판은 SERS 신호가 습도 또는 온도 변화와 무관하게 분자 고유의 신호를 나타내므로 분자 검출의 신뢰성이 높다. In addition, since the surface enhanced Raman scattering substrate exhibits a signal inherent to a molecule regardless of humidity or temperature change, the reliability of the molecular detection is high.

본 발명의 제1 종래기술로는 미국 공개 특허 US2013-0195721 (METALLIC-NANOFINGER DEVICE FOR CHEMICAL SENSING)가 있으며, flexible column 상에 metal cap 형성 및 메탈 캡 상에 코팅물질을 밀봉(encapsulation)을 하는 기술이다. A first prior art of the present invention is a method for forming a metal cap on a flexible column and encapsulating a coating material on a metal cap, which is disclosed in US Patent Application Publication No. US2013-0195721 (METALLIC-NANOFINGER DEVICE FOR CHEMICAL SENSING) .

이와 같은 밀봉 기술은 metal cap 부분만 밀봉하는 기술로서 기판 전체를 밀봉하는 기술은 제시되어 있지 않다.Such a sealing technique does not disclose a technique of sealing the entire substrate as a technique of sealing only the metal cap portion.

또한, 제1 종래기술의 라만신호가 증폭되는 원리는 고분자 로드 상에 메탈 캡이 형성하여, 고분자 로드의 기계적인 유연성을 이용하여 상부의 메탈 캡이 액체 증발에 의한 모세관 힘 (capillary force)에 의해 서로 모이는 현상을 이용한다.The principle of amplifying the Raman signal of the first prior art is that a metal cap is formed on the polymer rod, and the mechanical flexibility of the polymer rod is utilized so that the upper metal cap is capillary force by liquid evaporation We use the phenomenon that we gather together.

메탈 캡이 모이면서 나노갭이 형성되고, 나노갭에 시료가 포집 (trapping) 되어 나노갭에 포집된 시료의 라만신호를 증폭시킬 수 있다. As the metal cap is gathered, a nanogap is formed, and a sample is trapped in the nanogap, so that the Raman signal of the sample captured in the nanogap can be amplified.

제1 종래기술에는 용매의 팽윤 특성을 이용하여 분자를 포집하거나, 필터링하는 기술은 제시되어 있지 않다.The first prior art does not disclose a technique for collecting or filtering molecules using the swelling property of a solvent.

본 발명의 제2 종래기술로는 미국 등록 특허 US8427639 (Surfaced enhanced Raman spectroscopy substrates)가 있으며, 보호코팅에 의해 특정한 표면만을 선택적으로 흡착을 일으킬 수 있다고 명시되어 있다. The second prior art of the present invention is US Pat. No. 4,876, 399 (Surfaced enhanced Raman spectroscopy substrates), which states that a protective coating can selectively adsorb only specific surfaces.

하지만, 제2 종래기술이 보호코팅에 의해 화학적으로 특정한 물질만을 흡착시키는 기술인데 비해, 본 발명은 화학적인 흡착을 유도하는 것이 아니라 보호막으로 작용하는 고분자가 용매에 의해 부피 팽창이 일어나고, 팽창에 의해 물리적으로 분자량이 작은 분자만을 선택적으로 고분자 층 내로 밀집시키는 역할을 하는 점에서 제2 종래기술과 차이가 있다.However, while the second conventional technique is a technique of adsorbing only a chemically specific substance by a protective coating, the present invention does not induce chemical adsorption, but a polymer acting as a protective film expands in volume by a solvent, And differs from the second conventional technique in that it functions to selectively densify only molecules having a small molecular weight physically into the polymer layer.

본 발명의 제3 종래기술로는 미국 등록 특허 US8665432 (Apparatus for performing SERS) 가 있으며, 고분자 나노기둥(polymer nanopillars)의 옆면(body portion)에 금속나노 입자가 도포되어 있는 표면증강 라만산란 기판이 제시되어 있다. A third prior art of the present invention is the US Apparatus for Performing SERS (US 8665432), which discloses a surface enhanced Raman scattering substrate in which metal nanoparticles are coated on the body portion of polymer nanopillars .

제3 종래기술에 따른 표면증강 라만산란 기판은 용매에 의해 고분자 나노기둥이 팽창됨으로써 고분자 나노기둥 사이의 갭이 줄어들고, 나노갭이 줄어듦에 따라 SERS 효과를 증폭시키는 원리를 이용한 기술이다.The surface enhancement Raman scattering substrate according to the third prior art is a technique using the principle of amplifying the SERS effect as the nano gap is reduced as the gap between the polymer nanoparticles is reduced by expanding the polymer nanoparticles by the solvent.

고분자 물질을 구성하여 용매에 의해 팽창을 시키는 구성은 유사하나 제3 종래기술은 고분자 나노기둥에 금속나노 입자를 도포하는 구조인데 반해, 본 발명은 고분자 물질로 SERS기판을 함입하는 구조로써 구조가 본 발명과 서로 상이하다.The third conventional technique is to apply metal nanoparticles to polymer nanoparticles. However, the present invention is a structure in which a SERS substrate is embedded as a polymer material, It is different from the invention.

본 발명의 제4 종래기술로는 미국 등록 특허 US7588827 (SERS-active composite nanoparticles, methods of fabrication thereof, and methods of use thereof)가 있으며, 금속나노 입자에 리포터 분자를 흡착시키고, 리포터 분자를 보호하기 위한 보호층을 밀봉하는 기술이다.A fourth prior art of the present invention is US Patent No. US7588827 (SERS-active composite nanoparticles, methods of fabrication thereof, and methods of use thereof), which adsorbs reporter molecules to metal nanoparticles and protects reporter molecules This is a technique for sealing the protective layer.

제4 종래기술에는 용매의 팽윤 특성을 이용하여 분자를 포집하거나, 필터링하는 기술은 제시되어 있지 않다.The fourth prior art does not disclose a technology for collecting or filtering molecules using the swelling characteristics of a solvent.

본 발명의 제5 종래기술로는 미국 공개 특허 US2013-0196057 (method for preparing a SERS particle)가 있다. SERS 입자를 만드는데, 보호층으로 biocompatible 인 보호층을 사용하는 점에서 본 발명과 차이가 있다.A fifth conventional technique of the present invention is a method for preparing a SERS particle (US Patent No. US2013-0196057). This is different from the present invention in that a biocompatible protective layer is used as a protective layer in making SERS particles.

본 발명의 제6 종래기술로는 미국 공개 특허 US2013-0273561(Lipid encapsulation of SERS nanoparticles)가 있다. A sixth prior art of the present invention is US Patent Publication No. US2013-0273561 (Lipid encapsulation of SERS nanoparticles).

제 6의 종래 기술에는 용매의 팽윤 특성을 이용하여 분자를 포집하거나, 필터링하는 기술은 제시되어 있지 않다.The sixth prior art does not disclose a technique of collecting or filtering molecules using the swelling characteristics of a solvent.

본 발명의 제7 종래기술로는 한국 등록 특허 KR1511036 (나노 플라즈모닉 바이오 센서)이 있으며, 제 1금속나노 구조체-자극 감응성 고분자층- 제2금속나노 구조체로 이루어진 표면증강 라만분광용 기판이 개시되어 있다. As a seventh prior art of the present invention, there is disclosed a Korean Patent Registration No. KR1511036 (Nano Plasmonic Biosensor) and a substrate for surface enhanced Raman spectroscopy comprising a first metal nanostructure-stimulus-sensitive polymer layer-second metal nanostructure have.

상기 자극 감응성 고분자층은 산도(pH), 온도(열), 전기장, 자기장 및 빛 (즉, 외부 자극에 의한 능동적 조절) 중 어느 하나의 외부 자극에 의해 팽윤 특성을 갖는 수화겔(Hydrogel)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기술이다. Wherein the stimulable-sensitive polymer layer is made of a hydrogel having a swelling property by any one of external stimulation of pH, temperature (heat), electric field, magnetic field and light (i.e., active control by external stimulation) It is a feature technology.

외부 자극에 의해 제1 금속나노 구조체와의 수직 간격이 조절되는 제2 금속나노 구조체를 포함하는 나노플라즈모닉 바이오 센서를 구현하는 기술이다.And a second metal nanostructure in which a vertical interval between the first metal nanostructure and the first metal nanostructure is controlled by an external stimulus, thereby realizing a nanoplasmonic biosensor.

다만, 제7 종래기술에는 용매의 팽창에 의한 검출 대상 물질의 포집 및 검출비 대상 물질의 필터링에 대한 내용은 제시되어 있지 않다.However, the seventh related art does not disclose the filtering of the substance to be detected and the detection of the substance to be detected by the expansion of the solvent.

미국공개특허 제2013-0195721호 (발명의 명칭:METALLIC-NANOFINGER DEVICE FOR CHEMICAL SENSING)U.S. Published Patent Application No. 2013-0195721 (entitled METALLIC-NANOFINGER DEVICE FOR CHEMICAL SENSING)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 극미량의 화학/바이오 물질 검출이 가능한 초고감도 표면증강 라만산란 기판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.According to an embodiment of the present invention, there is provided an ultrasensitive surface enhanced Raman scattering substrate capable of detecting a trace amount of chemical / biomaterial and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분자 필터링이 가능한 표면증강 라만산란 기판 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a surface enhanced Raman scattering substrate capable of molecular filtering and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분자 필터링이 가능한 표면증강 라만산란 기판 및 그 분석방법을 제공하기 위한 것이다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a surface enhanced Raman scattering substrate capable of molecular filtering and an analysis method thereof.

본 발명의 일 측면에 따르면, 돌기형 구조체가 형성된 유연한 기판, 유연한 기판 상에 형성된 금속나노 구조체 및 용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 형성되어 내부에 유연한 기판 및 금속나노 구조체가 함입되도록 형성되는 절연층을 포함하는 표면증강 라만산란 기판을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a flexible substrate on which a protruding structure is formed; a metal nanostructure formed on a flexible substrate; and an insulating layer formed of a sensitive material swelling by a solvent, To provide a surface enhanced Raman scattering substrate.

상기 감응성 물질은 유기용매에 팽윤되는 PDMS (폴리다이메틸실록세인), SiGMA(2-프레페놀산, 2-메틸-, 2-히드록시-3-[3-[l,3,3,3-테트라메틸-1-[(트리메틸실릴)옥시]디실록사닐]프로폭시]프로필 에스테르), α,ω- 비스메타크릴옥시프로필폴리디메틸실록세인, mPDMS (모노메타크릴옥시프로필 말단 모노-엔-부틸 말단 폴리디메틸실록세인) 및 TRJS (3-메타크릴옥시프로필트리스 (트리메틸실록시) 시레인) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The sensitizer may be selected from the group consisting of PDMS (polydimethylsiloxane), SiGMA (2-prphenolic acid, 2-methyl-, 2-hydroxy-3- [3- [ Bis (trimethylsilyl) oxy] disiloxanyl] propoxy] propyl ester),?,? - bismethacryloxypropylpolydimethylsiloxane, mPDMS (monomethacryloxypropyl terminated mono-en- Terminal polydimethylsiloxane) and TRJS (3-methacryloxypropyl tris (trimethylsiloxy) silane).

상기 감응성 물질은 무기용매에 팽윤되는 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리(프로필렌옥사이드), 폴리(비닐메틸이써), 폴리(하이드로프로필아크릴레이트), 하이드록시프로필셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 하이드록시프로필 메틸셀룰로즈, 폴리(비닐알콜), 폴리(N-substituted 아크릴아마이드), 폴리(N-이소프로필 아크릴아마이드), 폴리(N-아크릴로릴 피로리딘), 폴리(N-아크릴로릴 피퍼리딘), 폴리(아크릴-L-아미노 에시드 아마이드) 및 폴리(메타크릴릭 에시드)중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The sensitive material may be selected from the group consisting of poly (ethylene oxide), poly (propylene oxide), poly (vinylmethylether), poly (hydropropyl acrylate), hydroxypropylcellulose, methylcellulose, (N-substituted acrylamides), poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-acrylolypyrrolidines), poly Acryl-L-amino acid amide) and poly (methacrylic acid).

상기 절연층은 위치에 따라 기공의 크기가 다르게 형성될 수 있다.The pore size of the insulating layer may be different depending on the position.

상기 절연층은 상기 유연한 기판의 하단으로부터 하부에 형성되는 높이가 상기 금속나노 구조체의 상단으로부터 상부에 형성되는 높이 보다 낮게 형성될 수 있다.The insulating layer may be formed to have a height lower than a height formed from the upper end to the upper end of the metal nanostructure from the lower end to the lower end of the flexible substrate.

상기 절연층은 상기 유연한 기판의 하단으로부터 하부에 형성되는 높이가 상기 금속나노 구조체의 상단으로부터 상부에 형성되는 높이 보다 높게 형성될 수 있다.The insulating layer may be formed to have a height higher than a height formed from a lower end to a lower portion of the flexible substrate to an upper portion of the metal nanostructure.

상기 돌기형 구조체는 상기 유연한 기판에 대하여 경사가 형성되어, 상기 돌기형 구조체 상호 간의 간격이 상부로 갈수록 좁아지도록 형성될 수 있다.The protruding structure may be formed so that a slope is formed with respect to the flexible substrate, and a distance between the protruding structures becomes narrower toward the upper part.

상기 금속나노 구조체는 금, 은, 백금, 알루미늄, 철, 아연, 구리, 주석, 청동, 황동 및 니켈로 이루어진 그룹에서 하나 또는 2 이상의 합금으로 이루어 질 수 있다.The metal nanostructure may be composed of one or more alloys in the group consisting of gold, silver, platinum, aluminum, iron, zinc, copper, tin, bronze, brass and nickel.

상기 금속나노 구조체는 금속나노 입자, 금속나노 로드, 금속나노 섬 (island)과 금속 페이스트, 금속 캡(cap), 금속나노 와이어 중 어느 하나 이상이 선택될 수 있다.The metal nanostructure may be selected from metal nanoparticles, metal nanorods, metal islands and metal pastes, metal caps, and metal nanowires.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 유연한 기판에 돌기형 구조체를 형성하는 단계, 상기 돌기형 구조체 상에 금속나노 구조체를 형성하는 단계, 상기 금속나노 구조체가 형성된 상기 유연한 기판을 용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 함입하여 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 표면증강 라만산란 기판 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for fabricating a metal nanostructure, including: forming a protruding structure on a flexible substrate; forming a metal nanostructure on the protruding structure; And forming an insulating layer on the Raman scattering layer.

상기 유연한 기판에 상기 돌기형 구조체를 형성하는 단계는 유연한 기판을 플라즈마 에칭, 리소그래피 방법, 나노 임프린트 방법 등으로 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the protruding structure on the flexible substrate may include a step of forming the flexible substrate by a plasma etching, a lithography method, a nanoimprint method, or the like.

상기 절연층을 형성하는 단계는 용매에 팽윤되는 특성이 있는 감응성 물질 용액을 형성하는 단계, 상기 감응성 물질 용액을 이용하여 감응성 물질막을 형성하는 단계, 상기 금속나노 구조체를 상기 감응성 물질막의 일면에 배치하는 단계, 상기 감응성 물질막과 상기 금속나노 구조체를 상기 감응성 물질 용액에 함침시키는 단계 및 상기 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.The step of forming the insulating layer may include forming an insensitive material solution having a characteristic of being swollen in a solvent, forming an insensitive material layer using the insensitive material solution, arranging the metal nanostructure on one surface of the insulative material layer Impregnating the sensitive material layer and the metal nanostructure with the sensitive material solution, and curing the sensitive material solution.

상기 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계는 상기 감응성 물질막과 상기 금속나노 구조체를 상기 감응성 물질 용액에 함침시키는 단계 및 상기 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계를 반복적으로 수행하되, 경화시간을 달리하여 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of curing the sensitive material solution may include repeatedly performing the step of impregnating the sensitive material film and the metal nanostructure into the sensitive material solution and the step of curing the sensitive material solution, .

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 표면증강 라만산란 기판을 준비하는 단계, 상기 표면증강 라만산란 기판의 절연층을 팽윤시킬 수 있는 용매를 준비하는 단계, 상기 용매에 검출 물질을 혼합시켜 검출 물질 혼합 용액을 형성하는 단계, 상기 표면증강 라만산란 기판을 상기 용액에 dipping 시켜 상기 절연층을 팽윤시키는 단계, 상기 표면증강 라만산란 기판을 건조시키는 단계 및 건조시킨 상기 표면증강 라만산란 기판의 라만신호를 측정하는 단계를 포함하는 검출 물질 분석방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a surface enhanced Raman scattering substrate, comprising: preparing a surface enhanced Raman scattering substrate; preparing a solvent capable of swelling the insulating layer of the surface enhanced Raman scattering substrate; Forming a solution, dipping the surface-enhanced Raman scattering substrate into the solution to swell the insulating layer, drying the surface-enhanced Raman scattering substrate, and measuring the Raman signal of the dried surface- The method comprising the steps of:

상기 용매에 검출 물질을 혼합시켜 검출 물질 혼합 용액을 형성하는 단계는 복수의 검출 물질을 혼합시키는 단계를 포함할 수 있다.The step of mixing the detection substance with the solvent to form the detection substance mixture solution may include mixing the plurality of detection substances.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 극미량의 화학/바이오 물질 검출이 가능한 표면증강 라만산란 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a surface enhanced Raman scattering substrate capable of detecting a trace amount of chemical / biomolecule material and a method of manufacturing the same can be provided.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분자 필터링이 가능한 표면증강 라만산란 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a surface enhanced Raman scattering substrate capable of molecular filtering and a method of manufacturing the same can be provided.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분자 필터링이 가능한 표면 증강 라만 산란 기판 및 그 분석방법을 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a surface enhanced Raman scattering substrate capable of molecular filtering and an analysis method thereof can be provided.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 이용한 라만신호 분석방법을 나타낸 순서도이다.
도 8는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판의 TEM 이미지이다.
도 9은 본 발명의 실험예 1, 2 따른 표면증강 라만산란 기판의 변색과정을 나타낸 사진이다.
도 10은 본 발명의 실험예 1, 2에 따른 라만 스펙트럼 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실험예 3 따른 표면증강 라만산란 기판의 변색과정을 나타낸 사진이다.
도 12는 본 발명의 실험예 3에 따른 라만 스펙트럼 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 이용하여 검출 물질 분석 과정을 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 이용하여 검출 물질 분석 과정을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate according to a second embodiment of the present invention.
3 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate according to a third embodiment of the present invention.
4 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic view illustrating a method of manufacturing a surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a Raman signal analysis method using a surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention.
8 is a TEM image of a surface enhanced Raman scattering substrate according to the first embodiment of the present invention.
9 is a photograph showing the discoloration process of the surface enhanced Raman scattering substrate according to Experimental Examples 1 and 2 of the present invention.
10 is a Raman spectrum graph according to Experimental Examples 1 and 2 of the present invention.
11 is a photograph showing a discoloration process of a surface enhanced Raman scattering substrate according to Experimental Example 3 of the present invention.
12 is a Raman spectrum graph according to Experimental Example 3 of the present invention.
13 is a view illustrating a process of analyzing a detection substance using a surface enhanced Raman scattering substrate according to a third embodiment of the present invention.
14 is a view illustrating a process of analyzing a detection substance using a surface enhanced Raman scattering substrate according to a fourth embodiment of the present invention.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.In the present application, when a component is referred to as "comprising ", it means that it can include other components as well, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, throughout the specification, the term "on" means to be located above or below the object portion, and does not necessarily mean that the object is located on the upper side with respect to the gravitational direction.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접합 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접합되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접합되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.In addition, the term " joining " is used not only in the case of directly bonding physically directly between the constituent elements in the bonding relationship between the constituent elements, but also means that other constituent elements are interposed between the constituent elements, It should be used as a concept to cover the case where they are connected to each other.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.The sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 표면증강 라만산란 기판, 이의 제조방법을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a surface enhanced Raman scattering substrate and a method of manufacturing the same according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, And redundant explanations thereof will be omitted.

표면증강 라만산란 기판을 이용하여 현장에서 직접 센싱하는 기술을 구현하기 위해서는 혼합 시료에서 특정 분자만을 선택적으로 포획(capturing)할 수 있는 표면증강 라만산란의 표면처리기술이 요구된다. 종래기술은 특정의 검출 물질을 식별하여 검출하기 위해 금속표면에 항체나 효소, 리간드 등으로 코팅하여, 검출대상 분자를 항원-항체 반응, 효소반응, 리간드-리셉터 반응을 통해 선택성을 부여하는 원리를 이용한다.Surface Enhancement In order to realize a technique for directly sensing in situ using a Raman scattering substrate, surface treatment technology of surface enhanced Raman scattering capable of selectively capturing only specific molecules in a mixed sample is required. In the prior art, the principle of imparting selectivity through an antigen-antibody reaction, an enzyme reaction, and a ligand-receptor reaction by coating a metal surface with an antibody, an enzyme, or a ligand in order to identify and detect a specific detection substance .

이러한 화학 및 바이오 물질의 코팅에 의한 분자 선택성 향상 기술은 표면처리 물질에 의해 검출 물질의 라만신호가 서로 중복될 수 있고, 검출 물질이 핫 스팟(spot)내에 흡착되는 확률이 표면처리 물질에 의해 떨어져 검출 물질의 라만신호를 측정할 수 없다는 점에서 고감도 센싱을 구현하는 데 한계가 있으며, 효소 및 항체의 안정성 저하에 따른 라만신호의 재현성 측면에서도 문제점이 있다.Such a technique of increasing the molecular selectivity by coating of chemical and biomaterials is a technique in which the Raman signals of the detection substance can be overlapped with each other by the surface treatment substance and the probability that the detection substance is adsorbed in the hot spot is separated by the surface treatment substance It is impossible to measure the Raman signal of the detection substance. Therefore, there is a limitation in realizing high sensitivity sensing, and there is also a problem in the reproducibility of the Raman signal due to the degradation of the stability of the enzyme and the antibody.

본 발명의 실시예에 따르면, 용매에 팽윤 특성이 있는 절연물질을 사용함으로써, 팽윤 정도 및 용매에 함유되어 있는 분자의 분자량에 따라, 핫 스팟 (금속구조체 사이에 존재하는 나노갭) 내부로 검출 대상 분자를 선택적으로 포획시킬 수 있는 표면증강 라만산란 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, by using an insulating material having a swelling property in a solvent, it is possible to obtain a detection target (a target object) within a hot spot (a nanogap existing between metal structures) according to the swelling degree and the molecular weight of the molecule contained in the solvent A surface enhanced Raman scattering substrate capable of selectively capturing molecules, and a method of manufacturing the same.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속나노 구조체를 절연체에 밀봉 (encapsulation)하는 구조를 형성함으로써, 특정 검출 물질을 선택적으로 검출함과 동시에 표면증강 라만산란 기판의 내구성을 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.In addition, according to the embodiment of the present invention, the metal nanostructure is encapsulated in an insulator, thereby selectively detecting a specific detection substance and enhancing the durability of the surface enhanced Raman scattering substrate. can do.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 보다 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, a surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(100)을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 돌출 구조체(3)가 형성된 유연한 기판(5), 유연한 기판(5) 상에 형성된 금속나노 구조체(10) 및 용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 형성되어 내부에 유연한 기판(5) 및 금속나노 구조체(10)가 함입되도록 형성되는 절연층 (15)을 포함하는 표면증강 라만산란 기판을 확인할 수 있다. 1, a flexible substrate 5 on which a protruding structure 3 is formed, a metal nanostructure 10 formed on a flexible substrate 5, and a flexible substrate 5 formed of a sensitive material which is swollen by a solvent, ) And an insulating layer 15 formed so as to contain the metal nanostructure 10 can be identified.

유연한 기판(5)은 구부리는 것과 같은 외력이 작용하여도 손상되지 않는 유연한 재질로 형성될 수 있으며 실리콘, 고분자, 종이를 포괄하는 개념이다. The flexible substrate 5 can be formed of a flexible material that is not damaged even when an external force such as bending is applied, and is a concept including silicon, polymer, and paper.

금속나노 구조체(10)는 표면에 빛이 입사되면, 빛에 의해 여기가 되어 강한 광 전계가 발생하여 라만산란 신호를 생성하는 부분이다.When light is incident on the surface of the metal nanostructure 10, the metal nanostructure 10 is excited by light to generate a strong photoelectric field, thereby generating a Raman scattering signal.

금속나노 구조체(10)는 금속나노 입자, 금속나노 로드, 금속나노 섬(island)과 금속 페이스트, 금속 캡(cap), 금속나노 와이어 같은 나노 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 금, 은, 백금, 알루미늄, 철, 아연, 구리, 주석, 청동, 황동 및 니켈로 이루어진 그룹에서 하나 또는 2 이상의 합금으로 이루어 질 수 있다. The metal nanostructure 10 is preferably formed of a nanostructure such as a metal nanoparticle, a metal nanorod, a metal nano island and a metal paste, a metal cap, or a metal nanowire, Aluminum, iron, zinc, copper, tin, bronze, brass and nickel.

절연층(15)은 내부에 금속나노 구조체(10) 또는 금속나노 구조체(10)와 기판(5) 전체가 함입되어 금속나노 구조체(10) 와 기판(5) 주변에 보호층을 형성할 수 있다. The insulating layer 15 may contain the entire metal nanostructure 10 or the metal nanostructure 10 and the substrate 5 to form a protective layer around the metal nanostructure 10 and the substrate 5 .

절연층(15)이 금속나노 구조체(10) 및 기판(5) 주변에 보호층이 형성됨으로써, 수분 및 공기 접촉으로부터 변성되는 것을 방지할 수 있다.It is possible to prevent the insulating layer 15 from being denatured from moisture and air contact by forming the protective layer around the metal nanostructure 10 and the substrate 5. [

따라서, 현장 진단 시 기판의 손상을 최소화함으로써 기기의 내구성을 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.Therefore, it is possible to minimize the damage of the substrate during the field diagnosis, and to improve the durability of the apparatus.

절연층(15)은 내부에 표면증강 라만산란 기판(100)에 있어서 금속나노 구조체간 나노갭에 LSPR 현상이 강하게 일어나는 핫 스팟(20) 이 존재하는 것으로 알려져 있다. In the insulating layer 15, it is known that a hot spot 20 in which a LSPR phenomenon occurs strongly in the nanogap between metal nanostructures in the surface enhanced Raman scattering substrate 100 is present.

분자의 검출 감도를 높이기 위해서는 절연층(15) 내부로 검출 물질을 포획하는 것이 요구된다. In order to increase the detection sensitivity of molecules, it is required to capture the detection substance into the insulating layer 15.

본 발명의 일 실시예에 따른 절연층(15)은 내부로 검출 물질을 포획하기 위해 용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 형성되는 것을 특징으로 한다.The insulating layer 15 according to an embodiment of the present invention is characterized in that the insulating layer 15 is formed of a sensitive material which is swollen by a solvent to capture a detection substance therein.

절연층(15)이 용매에 팽윤되는 감응성 물질로 형성되면, 감응성 물질을 팽윤시킬 수 있는 용매에 검출 물질을 용해시킨 용액을 이용하여, 절연층(15) 내부에 검출 물질이 포획될 수 있다.When the insulating layer 15 is formed of the sensitive material which swells in the solvent, the detection material may be trapped in the insulating layer 15 by using a solution in which the detection material is dissolved in a solvent capable of swelling the sensitive material.

감응성 물질을 팽윤시킬 수 있는 용매가 절연층(15) 내부로 침투하여 팽윤되는 과정에서 검출 물질도 절연층(15) 내부로 침투됨으로써, 절연층(15) 내부에 검출 물질이 포획될 수 있다.The detection material may be trapped in the insulating layer 15 by being infiltrated into the insulating layer 15 in the process of swelling the solvent penetrating into the insulating layer 15 and swelling the solvent capable of swelling the sensitive substance.

절연층(15)이 용매에 의해 팽윤되는 과정에서 절연층(15) 내부로 검출 물질을 포획되는 것으로 감응성 물질 사슬 간 형성된 기공이 확장되어, 확장된 기공의 내부로 용매와 함께 검출 물질이 기공 내부로 투입됨으로써, 결과적으로 검출 물질을 핫 스팟(hot spot) (20) 내로 유입시킬 수 있다.In the process of swelling of the insulating layer 15 by the solvent, the pores formed between the sensitive material chains are expanded by capturing the detection material into the insulating layer 15, So that the detection substance can be introduced into the hot spot 20 as a result.

핫 스팟(hot spot) (20)에 유입된 검출 물질은 용매가 건조되면서, 다시 기공이 줄어들어 용매만 빠져 나가고 검출 물질은 핫 스팟(hot spot) (20)에 포획된 상태로 남아 있게 된다.The detection substance introduced into the hot spot 20 is dried while the solvent is dried, and the pores are again reduced, leaving only the solvent, and the detection substance remains trapped in the hot spot 20.

검출 물질은 핫 스팟(hot spot) (20)에 포획된 상태에서 라만신호를 측정하는 경우 라만신호가 크게 출력되어, 센싱의 강도를 높일 수 있다.When the Raman signal is measured while being captured in the hot spot 20, the signal is largely output, and the intensity of the sensing can be increased.

한편, 절연층(15)은 구성되는 물질을 검출 물질이 용매에 용해되는 특성에 따라 감응성 물질을 선택적으로 사용함으로써, 검출 물질을 제한하지 않고 검출할 수 있다. On the other hand, the insulating layer 15 can detect the substance to be detected without limiting the detection substance by selectively using the substance sensitive to the property of the substance to be dissolved in the solvent.

예를 들면, 절연층(15)은 검출 물질이 유기용매에 용해되는 경우 유기용매에 팽윤되는 감응성 물질을 이용할 수 있으며, 무기용매에 용해되는 경우 무기용매에 팽윤되는 감응성 물질을 이용하여, 검출 물질의 용해 특성에 따라 감응성 물질을 선택하여 형성할 수 있다. For example, the insulating layer 15 can be formed by using an irritating substance which is swollen in an organic solvent when the detecting substance is dissolved in an organic solvent, and by using an irritating substance swelling in an inorganic solvent when dissolved in an inorganic solvent, Depending on the dissolution characteristics of the material.

구체적으로, 감응성 물질은 유기용매에 팽윤되는 PDMS (폴리다이메틸실록세인), SiGMA(2-프레페놀산, 2-메틸-, 2-히드록시-3-[3-[l,3,3,3-테트라메틸-1-[(트리메틸실릴)옥시]디실록사닐]프로폭시]프로필 에스테르), α,ω- 비스메타크릴옥시프로필폴리디메틸실록세인, mPDMS (모노메타크릴옥시프로필 말단 모노-엔-부틸 말단 폴리디메틸실록세인) 및 TRJS (3-메타크릴옥시프로필트리스 (트리메틸실록시) 시레인)를 포함할 수 있다. Specifically, the sensitizing substance is selected from the group consisting of PDMS (polydimethylsiloxane), SiGMA (2-prphenolic acid, 2-methyl-, 2-hydroxy-3- [3- [ (3-tetramethyl-1 - [(trimethylsilyl) oxy] disiloxanyl] propoxy] propyl ester), α, ω-bismethacryloxypropylpolydimethylsiloxane, mPDMS (monomethacryloxypropyl terminated mono-ene -Butyl-terminated polydimethylsiloxane) and TRJS (3-methacryloxypropyltris (trimethylsiloxy) silane).

또한, 감응성 물질은 무기용매에 팽윤되는 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리(프로필렌옥사이드), 폴리(비닐메틸이써), 폴리(하이드로프로필아크릴레이트), 하이드록시프로필셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 하이드록시프로필 메틸셀룰로즈, 폴리(비닐알콜), 폴리(N-substituted 아크릴아마이드), 폴리(N-이소프로필 아크릴아마이드), 폴리(N-아크릴로릴 피로리딘), 폴리(N-아크릴로릴 피퍼리딘), 폴리(아크릴-L-아미노 에시드 아마이드) 및 폴리(메타크릴릭 에시드)를 포함하여 형성할 수 있다.Also, the sensitive substance may be selected from poly (ethylene oxide), poly (propylene oxide), poly (vinyl methyl ether), poly (hydro propyl acrylate), hydroxypropyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl methyl (Polyvinyl alcohol), poly (N-substituted acrylamide), poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-acrylolypyrrolidine) (Acrylic-L-amino acid amide) and poly (methacrylic acid).

따라서, 검출 물질의 용해 특성을 고려하여 감응성 물질을 선택하여 절연층(15)을 형성함으로써, 검출 물질을 제한하지 않고 검출할 수 있다. Therefore, the detection substance can be detected without limitation by forming the insulating layer 15 by selecting the sensitive substance in consideration of the dissolution characteristics of the detection substance.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(200)을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate 200 according to another embodiment of the present invention.

이 때, 도 2에 도시된 바와 같이 표면증강 라만산란 기판(200)은 금속나노 구조체(10)가 절연체(15) 내부에 분산된 형태로 형성되는 것이 바람직하다.2, it is preferable that the surface enhanced Raman scattering substrate 200 is formed such that the metal nanostructure 10 is dispersed in the insulator 15. FIG.

단일의 표면증강 라만산란 기판(200)은 복수의 검출 물질을 검출하기 유리하도록, 금속나노 구조체(10)가 절연체(15) 내부에 분산된 형태로 형성되는 것이 바람직하다. It is preferable that the single surface enhanced Raman scattering substrate 200 is formed so that the metallic nanostructure 10 is dispersed in the insulator 15 so as to be advantageous for detecting a plurality of detection materials.

도 2를 참조하면, 표면증강 라만산란 기판(200)의 절연층(15)은 분자량이 다른 검출 물질을 동시에 검출하기 위해 높이에 따라 기공의 크기가 다르게 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the insulating layer 15 of the surface-enhanced Raman scattering substrate 200 may have different pore sizes depending on the heights to simultaneously detect the detection materials having different molecular weights.

예를 들면, 절연층(15)은 각각의 절연층(11,12,13)이 높이에 따라 기공의 크기가 점진적으로 커지거나 작아지도록 필요에 따라 기공의 크기를 달리 형성함으로써, 분자량이 큰 검출 물질은 기공이 큰 부분에서 분자량이 작은 검출 물질은 기공의 크기가 작은 부분에서 동시에 검출되도록 형성할 수 있다.For example, the insulating layer 15 can be formed by forming the pore size differently as needed so that the size of the pores gradually increases or decreases with height of each of the insulating layers 11, 12, The substance can be formed so that the detection substance having a small molecular weight at a large porosity can be detected simultaneously in a small pore size region.

따라서, 단일의 표면증강 라만산란 기판(200)을 이용하여 복수의 검출 물질을 동시에 검출할 수 있는 효과가 있다.Therefore, there is an effect that a plurality of detection substances can be simultaneously detected using a single surface-enhanced Raman scattering substrate 200. [

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(300)을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate 300 according to a third embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 절연층(15)은 유연한 기판(5)의 하단으로부터 하부에 형성되는 높이(h1, 이하, 하부 높이라 한다.)가 금속나노 구조체(10)의 상단으로부터 상부에 형성되는 높이(h2 이하, 상부 높이라 한다.) 보다 높게 형성(h1>h2) 되는 것을 확인할 수 있다. 3, the insulating layer 15 has a height h1 (hereinafter referred to as a lower height) formed from the lower end to the lower end of the flexible substrate 5 at an upper portion from the upper end of the metal nanostructure 10 (H1 > h2) higher than the height (h2 or less, referred to as the upper height).

한편, 제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(300)의 돌기형 구조체(3)는 유연한 기판(5)에 대하여 경사가 형성되어, 돌기형 구조체(3) 상호 간의 간격이 상부로 갈수록 좁아지도록 형성될 수 있다.On the other hand, the protruding structure 3 of the surface enhanced Raman scattering substrate 300 according to the third embodiment is inclined with respect to the flexible substrate 5 so that the distance between the protruding structures 3 becomes narrower toward the upper side As shown in FIG.

돌기형 구조체(3)는 금속나노 구조체(10) 사이의 간격이 좁아짐에 따라 상부로 갈수록 간격이 좁아질 수 있다.As the distance between the metal nanostructures 10 becomes narrower, the protruding structure 3 may become narrower toward the upper part.

라만신호를 극대화하기 위해서는 금속나노 구조체(10) 사이에 형성된 간격, 즉 나노갭의 크기가 1 nm 수준으로 매우 작아야 하며, 바람직하게는 0.5 nm 수준으로 작게 형성되어야 한다.In order to maximize the Raman signal, the spacing formed between the metal nanostructures 10, that is, the size of the nanogap, should be as small as 1 nm, preferably as small as 0.5 nm.

금속나노 구조체(10)의 나노갭인 핫 스팟(20)이 1 nm 이하로 형성되기 위한 방법으로는 capillary-force를 이용하는 방법이 있다.As a method for forming the hot spot 20, which is the nano gap of the metal nanostructure 10, to be 1 nm or less, there is a capillary-force method.

구체적으로, capillary-force를 이용하는 방법은 금속나노 구조체(10) 상에 액체를 떨어뜨려, 액체 사이의 응집력에 의해 금속나노 구조체(10)가 모여지는 방법이다.Specifically, the capillary-force method is a method in which a liquid is dropped onto the metal nanostructure 10, and the metal nanostructure 10 is gathered by the cohesive force between the liquids.

이때, 돌기형 구조체(3)는 유연한 특성에 의해 금속나노 구조체(10)와 동시에 기울여져 경사가 형성될 수 있다. At this time, the protruding structure 3 can be inclined simultaneously with the metal nanostructure 10 due to its flexible nature.

금속나노 구조체(10)가 모여진 상태에서 주변에 절연층(15)이 경화되면 돌기형 구조체(3)가 기울어 질 수 있으며, 결과적으로 표면증강 라만산란 기판에는 1nm 이하의 핫 스팟(20)이 형성될 수 있다. 상기와 같이 하부의 높이(h1)가 상부의 높이(h2) 보다 높게 형성되면, 절연층(15) 팽창시 하부에서 위로 미는 힘이 상대적으로 크게 형성된다.When the insulating layer 15 is cured around the metal nanostructure 10, the protruding structure 3 may be inclined. As a result, a hot spot 20 of 1 nm or less is formed on the surface-enhanced Raman scattering substrate . When the height h1 of the lower portion is formed to be higher than the height h2 of the upper portion as described above, the force pushing upward from the lower portion when the insulation layer 15 expands is relatively larger.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(400)을 나타낸 도면이다.4 is a view showing a surface enhanced Raman scattering substrate 400 according to a fourth embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 절연층(15)은 유연한 기판(5)의 하단으로부터 하부에 형성되는 높이(h1)가 금속나노 구조체(10)의 상단으로부터 상부에 형성되는 높이(h2) 보다 작게 형성(h1<h2) 되는 것을 확인할 수 있다.4, the insulating layer 15 is formed to have a height h1 formed at a lower portion to a lower portion of the flexible substrate 5 smaller than a height h2 formed at an upper portion of the upper portion of the metal nanostructure 10 (h1 < h2).

상기와 같이 하부의 높이(h1)가 상부의 높이(h2) 보다 작게 형성되면, 절연층(15) 팽창시 상부에서 아래로 미는 힘이 상대적으로 크게 형성된다.When the height h1 of the lower portion is formed to be smaller than the height h2 of the upper portion as described above, a force pressing downward from the upper portion of the insulating layer 15 is relatively large when the insulating layer 15 expands.

표면증강 라만산란 기판(400)은 절연층(15)이 팽창하는 과정에서 상부에서 아래로 미는 힘이 상대적으로 크게 형성되어, 아래로 볼록하게 휘어지게 된다.In the surface enhanced Raman scattering substrate 400, a force pushing downward from the upper part of the insulating layer 15 is formed to be relatively large during the expansion of the insulating layer 15, and is bent downward convexly.

표면증강 라만산란 기판(400)이 아래로 볼록하게 휘어지게 되면, 금속나노 구조체(10)내의 핫 스팟(20)의 간격을 보다 작게 형성할 수 있다.When the surface enhanced Raman scattering substrate 400 is bent downward, the spacing of the hot spots 20 in the metal nanostructure 10 can be reduced.

따라서, 제 4 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(400)은 보다 증폭된 라만신호를 측정할 수 있다.Therefore, the surface enhanced Raman scattering substrate 400 according to the fourth embodiment can measure a more amplified Raman signal.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판을 제조하기 위한 그 제조방법을 설명한다.Hereinafter, a method for manufacturing a surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention will be described.

도 5은 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 6는 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view schematically illustrating a method of manufacturing a surface enhanced Raman scattering substrate according to an embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 표면증강 라만산란 기판 제조방법은 유연한 기판(5)에 돌기형 구조체(3)를 형성하는 단계(S100), 돌기형 구조체(3) 상에 금속나노 구조체(10)를 형성하는 단계(S200) 및 금속나노 구조체(10)가 형성된 유연한 기판(5)을 용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 함입하여 절연층(15)을 형성하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 5 to 6, a method for fabricating a surface enhanced Raman scattering substrate includes the steps of forming a protruding structure 3 on a flexible substrate 5, forming a metal nanostructure 10 on the protruding structure 3, (S200) of forming the metal nanostructure 10 and a step (S300) of forming the insulating layer 15 by embedding the flexible substrate 5 on which the metal nanostructure 10 is formed with the sensitive material which is swollen by the solvent .

유연한 기판(5)에 돌기형 구조체(3)를 형성하는 단계(S100)는 유연한 기판(5)에 플라즈마 에칭, 리소그래피 공정, 나노 임프린트 공정 등을 이용하여 돌기형 구조체(3)를 형성하는 단계(S105)를 포함할 수 있다.The step S100 of forming the protruding structure 3 on the flexible substrate 5 includes the steps of forming the protruding structure 3 on the flexible substrate 5 by plasma etching, lithography, or nanoimprinting S105).

돌기형 구조체(3)가 형성된 유연한 기판(5)에 금속나노 구조체(10)를 형성하는 단계(S200)에서 돌기형 구조체(3) 상에 금속나노 입자, 금속나노 로드 또는 금속나노 섬과 같은 금속나노 구조체(10)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.A metal nano-particle, a metal nano-rod, or a metal such as a metal nano-island is formed on the protruding structure 3 in the step (S200) of forming the metal nano-structure 10 on the flexible substrate 5 on which the protruding structure 3 is formed And forming the nanostructure 10.

절연층(15)을 형성하는 단계(S300)는 용매에 팽윤되는 특성이 있는 감응성 물질 용액을 형성하는 단계(305), 감응성 물질 용액을 이용하여 감응성 물질막을 형성하는 단계(S310), 금속나노 구조체(10)를 감응성 물질막의 일면에 배치하는 단계(S315), 감응성 물질막 (12) 과 금속나노 구조체(10)를 감응성 물질 용액에 함침시키는 단계(S320) 및 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계(S325)를 포함할 수 있다.Step S300 of forming the insulating layer 15 may include forming a susceptible material solution having a property of swelling in a solvent 305, forming a susceptive material layer using the susceptive material solution S310, A step S320 of impregnating the sensitive material layer 12 and the metal nanostructure layer 10 with a sensitive material solution and a step S325 of curing the sensitive material solution ).

도 6을 참조하면, 절연층(15)을 형성하는 단계(S300)에서 금속나노 구조체(10)를 절연체에 밀봉 (encapsulation)하는 구조를 형성하는 방법은 하부에 미리 경화시킨 감응성 물질막을 준비한 후, 금속나노 구조체(10)가 형성된 유연한 기판(5)을 감응성 물질막에 배치하여 감응성 물질 용액에 함침시키는 일련의 과정을 통해 형성되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, a method of forming a structure in which the metal nanostructure 10 is encapsulated in an insulator in the step of forming the insulating layer 15 (S300) includes the steps of preparing a sensitive material layer, It can be confirmed that the flexible substrate 5 on which the metal nanostructure 10 is formed is disposed in the sensitive material layer and is impregnated with the sensitive material solution.

다음으로, 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계(S325)는 바람직하게는 90도 내지 100도 범위의 오븐에서 110분 내지 130분 동안 수행될 수 있다.Next, the step (S325) of curing the sensitive material solution can be preferably performed in an oven ranging from 90 to 100 degrees for from 110 minutes to 130 minutes.

다만, 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계(S325)는 검출 물질에 따라 상기 온도 범위 및 경화 시간만을 제한하는 것은 아니다. However, the step of curing the sensitive material solution (S325) does not limit only the temperature range and the curing time depending on the substance to be detected.

절연층(15)을 형성하는 단계(S300)는 감응성 물질막과 상기 금속나노 구조체(10)를 상기 감응성 물질 용액에 함침시키는 단계(S320) 및 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계(S325)를 반복적으로 수행하되, 경화시간을 달리하여 수행할 수 있다.In the step S300 of forming the insulating layer 15, the step of impregnating the sensitive material film and the metal nanostructure 10 with the sensitive material solution S320 and the step of hardening the sensitive material solution S325 are repeatedly performed But can be carried out with different curing times.

절연층(15)을 형성하는 단계(S300)를 반복적으로 수행하는 것을 통해 절연층(15)의 기공의 크기를 점진적으로 변화시키거나, 층간 기공의 크기를 달리하는 절연층(15)을 형성할 수 있다.By repeating the step of forming the insulating layer 15 (S300), the size of the pores of the insulating layer 15 is gradually changed, or the insulating layer 15 having a different interlayer pore size is formed .

예를 들면, 절연층(15)의 중심 부분의 경화도를 높여 감응성 물질의 기공의 크기를 작게 할 수 있으며, 외각 부분의 경화도를 낮춰 감응성 물질의 기공의 크기를 크게 할 수 있다.For example, the degree of curing of the central portion of the insulating layer 15 can be increased to reduce the size of the pores of the sensitive material, and the degree of curing of the outer portion can be reduced to increase the size of the pores of the sensitive material.

절연층(15)의 경화도가 층간 달리 형성됨으로써, 복수의 검출 물질을 동시에 검출할 수 있는 표면증강 라만산란 기판(100)을 구현할 수 있다.The surface enhancement Raman scattering substrate 100 capable of detecting a plurality of detection materials at the same time can be realized by forming the insulating layer 15 differently in the degree of curing.

이하에서는 상기의 검출 물질 분석 방법을 도면을 참조하여 설명하고, 표면증강 라만산란 기판(100)을 이용한 검출 물질의 분석 결과를 설명한다.Hereinafter, the method of analyzing the detection substance will be described with reference to the drawings, and the analysis result of the detection substance using the surface enhanced Raman scattering substrate 100 will be described.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(100)을 이용한 라만신호 분석방법을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a Raman signal analysis method using a surface enhanced Raman scattering substrate 100 according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 측면에 따른 표면증강 라만산란 기판(100)을 이용하여 검출 물질 분석방법을 설명한다. Hereinafter, a method of analyzing a detected substance using the surface enhanced Raman scattering substrate 100 according to another aspect of the present invention will be described with reference to FIG.

표면증강 라만산란 기판(100)을 이용한 검출 물질 분석방법은 표면증강 라만산란 기판을 준비하는 단계(S10), 표면증강 라만산란 기판의 절연층(15)을 팽윤시킬 수 있는 용매를 준비하는 단계(S20), 용매에 검출 물질을 혼합시켜 검출 물질 혼합 용액을 형성하는 단계(S30), 표면증강 라만산란 기판을 상기 용액에 dipping 시켜 절연층(15)을 팽윤시키는 단계(S40), 표면증강 라만산란 기판을 건조시키는 단계(S50) 및 건조시킨 표면증강 라만산란 기판의 라만신호를 측정하는 단계(S60)를 포함할 수 있다. The method for analyzing a detection substance using the surface enhanced Raman scattering substrate 100 includes the steps of preparing a surface enhanced Raman scattering substrate (S10), preparing a solvent capable of swelling the insulating layer 15 of the surface enhanced Raman scattering substrate A step S30 of dipping the surface-enhanced Raman scattering substrate in the solution to swell the insulating layer 15 (S40), a step of growing a surface-enhanced Raman scattering layer Drying the substrate (S50), and measuring the Raman signal of the dried surface-enhanced Raman scattering substrate (S60).

용매에 검출 물질을 혼합시켜 검출 물질 혼합 용액을 형성하는 단계(S30)는 복수의 검출 물질을 혼합시키는 단계(S35)를 포함할 수 있다. The step (S30) of mixing a detection substance with a solvent to form a detection substance mixture solution may include a step (S35) of mixing a plurality of detection substances.

복수의 검출 물질을 혼합시키는 단계(S35)를 포함하는 경우 표면증강 라만산란 기판(100)은 층간 경화 정도를 달리하여 기공의 크기가 달리 형성된 절연층(15)을 포함한다. The surface enhanced Raman scattering substrate 100 includes an insulating layer 15 having a different degree of interlayer curing and having different pore sizes.

표면증강 라만산란 기판을 건조시키는 단계(S50)는 절연층(15)의 상부의 높이가 하부의 높이 보다 높이 형성되는 경우 생략될 수 있다. 제4 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(400)은 dipping 과정에서 핫 스팟(20)이 가장 간격이 좁은 상태를 형성하므로 건조되기 전 라만신호를 측정하는 것이 바람직하다.The step of drying the surface enhanced Raman scattering substrate S50 may be omitted if the height of the upper portion of the insulating layer 15 is higher than the height of the lower portion. Since the surface enhanced Raman scattering substrate 400 according to the fourth embodiment forms a state in which the hot spot 20 is the narrowest in the dipping process, it is preferable to measure the signal only before it is dried.

도 8는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판의 TEM 이미지로서, 폴리머(Polymer Substrate) 상에 은 금속나노 구조체(10)가 형성되어 있으며, PDMS 보호층이 형성된 것을 확인할 수 있다.8 is a TEM image of a surface-enhanced Raman scattering substrate according to the first embodiment of the present invention. It is confirmed that a silver metal nanostructure 10 is formed on a polymer substrate and a PDMS protective layer is formed .

도 9은 본 발명의 실험예 1, 2 따른 표면증강 라만산란 기판의 변색과정을 나타낸 사진이고, 도 10은 본 발명의 실험예 1, 2에 따른 라만 스펙트럼 그래프이다. FIG. 9 is a photograph showing the discoloration process of the surface-enhanced Raman scattering substrate according to Experimental Examples 1 and 2 of the present invention, and FIG. 10 is a Raman spectrum graph according to Experimental Examples 1 and 2 of the present invention.

<제조공정> <Manufacturing process>

미리 경화된 PDMS 막 형성Pre-cured PDMS film formation

금속나노 구조체를 PDMS 막의 일면에 배치Place the metal nanostructure on one side of the PDMS membrane

금속나노 구조체가 PDMS에 함입되도록 PDMS 용액 pouringPDMS solution pouring such that the metal nanostructure is embedded in the PDMS

100℃ 오븐에서 2시간 동안 경화Curing in an oven at 100 ° C for 2 hours

<실험방법><Experimental Method>

1mM 의 메틸렌 블루(methylene blue, 분자량 319.85 g/mol)을 클로로폼 또는 물에 용해시킨 각각의 용액 준비Each solution prepared by dissolving 1 mM methylene blue (molecular weight: 319.85 g / mol) in chloroform or water

클로로폼 용액에 10분, 1시간, 20시간 dipping 10 minutes, 1 hour, 20 hours dipping in chloroform solution

수용액에 10분, 1시간, 20시간 동안 dippingDipping in aqueous solution for 10 minutes, 1 hour, 20 hours

dipping 후 30분간 대기 중에서 건조Drying in air for 30 minutes after dipping

라만신호 측정Raman signal measurement

[표 1] 실험조건[Table 1] Experimental conditions

Figure 112015111390410-pat00001
Figure 112015111390410-pat00001

도 9을 참조하면, 클로로폼에 담가둔 표면증강 라만산란 기판은 메틸렌 블루의 확산에 의해 10분 후부터 PDMS로 이루어진 절연층(15)이 점차 푸른색으로 변색되는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 9, it can be seen that the surface enhanced Raman scattering substrate immersed in chloroform is gradually discolored to blue by 10 minutes after the diffusion of methylene blue.

반면, 수용액에 담가둔 표면증강 라만산란 기판은 20시간이 경과하여도 절연층(15)의 색이 변색되지 않은 것을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be confirmed that the color of the insulating layer 15 is not discolored even after 20 hours of surface enhanced Raman scattering substrate immersed in the aqueous solution.

상기 실험 결과에 따르면, PDMS가 팽윤될 수 있는 클로로폼 용액에서는 메틸렌 블루가 절연층(15) 내부까지 확산될 수 있는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라, 클로로폼 용액에서 라만신호를 증폭되어 나타나는 현상에 의해 메틸렌 블루가 핫 스팟(20)에 존재하는 것을 유추할 수 있다.According to the experimental results, it can be seen that in the chloroform solution in which PDMS can be swollen, methylene blue can be diffused to the inside of the insulating layer 15, and thus the Raman signal is amplified in the chloroform solution It can be deduced that the methylene blue exists in the hot spot 20.

도 11은 본 발명의 실험예 3 따른 표면증강 라만산란 기판의 변색과정을 나타낸 사진이고, 도 12는 본 발명의 실험예 3에 따른 라만 스펙트럼 그래프이다. FIG. 11 is a photograph showing a discoloration process of a surface enhanced Raman scattering substrate according to Experimental Example 3 of the present invention, and FIG. 12 is a Raman spectrum graph according to Experimental Example 3 of the present invention.

<제조공정> <Manufacturing process>

미리 경화된 PDMS 막 형성Pre-cured PDMS film formation

금속나노 구조체를 PDMS 막의 일면에 배치Place the metal nanostructure on one side of the PDMS membrane

금속나노 구조체가 PDMS에 함입되도록 PDMS 용액 pouringPDMS solution pouring such that the metal nanostructure is embedded in the PDMS

100℃ 오븐에서 2시간 동안 경화Curing in an oven at 100 ° C for 2 hours

<실험방법><Experimental Method>

1mM 의 메틸렌 블루(methylene blue, 분자량 319.85 g/mol)와 Rhodamin 6G (R6G, 분자량 497.02 g/mol) 클로로폼에 용해시킨 혼합용액 준비Prepare a mixed solution of 1 mM methylene blue (molecular weight 319.85 g / mol) and Rhodamin 6G (R6G, molecular weight 497.02 g / mol) in chloroform

클로로폼 용액에 10분, 20분 dipping 10 minutes and 20 minutes dipping in chloroform solution

dipping 후 30분간 대기중에서 건조Drying in air for 30 minutes after dipping

[표 2] 실험조건[Table 2] Experimental conditions

Figure 112015111390410-pat00002
Figure 112015111390410-pat00002

도 11 내지 도 12를 참조하면, 메틸렌 블루와 R6G 모두 클로로폼에 용해되는 물질이지만, 메틸렌 블루의 라만신호만 감지되어, 분자량이 작은 검출 물질만 핫 스팟(20) 내부로 확산된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 11 to 12, it can be seen that both methylene blue and R6G are dissolved in chloroform, but only the methylene blue Raman signal is detected, so that only the detection substance having a small molecular weight is diffused into the hot spot 20 .

결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(100)은 분자량에 따라 선택적으로 검출 물질을 검출할 수 있다. As a result, the surface enhanced Raman scattering substrate 100 according to an embodiment of the present invention can selectively detect a detection substance according to the molecular weight.

상기의 실험 결과를 통해 표면증강 라만산란 기판(100)은 절연층(15)의 기공의 크기를 달리 형성함으로써, 실험예에 제시한 검출 물질 이외의 검출 물질을 동시에 검출할 수도 있다.According to the experimental results, the surface enhanced Raman scattering substrate 100 can simultaneously detect the detection materials other than the detection materials shown in the experimental examples by differently forming the pores of the insulating layer 15.

절연층(15)이 중심에서부터 외부로 갈수록 감응성 물질의 경화도가 점진적으로 변함으로써, 단일의 표면증강 라만산란 기판(100)을 이용하여 다수의 검출 물질을 검출할 수도 있다.The degree of curing of the sensitive material progressively changes from the center to the outside of the insulating layer 15, so that a plurality of detection materials can be detected using the single surface enhanced Raman scattering substrate 100.

이 때, 도 2에 도시된 바와 같이 표면증강 라만산란 기판(100)은 금속나노 구조체(10)가 절연체(15) 내부에 분산된 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 2, it is preferable that the surface enhanced Raman scattering substrate 100 is formed such that the metal nanostructure 10 is dispersed in the insulator 15.

또한, dipping 시간을 제어하여 분자량이 다른 분자가 절연층(15) 내에 밀집되게 유도할 수 있으며, 이후 라만 현미경을 사용하여, 초점거리를 달리함으로써 서로 다른 검출 물질(20)이 가지고 있는 고유의 라만신호를 도출할 수도 있다. In addition, by controlling the dipping time, molecules having different molecular weights can be induced to be concentrated in the insulating layer 15, and then, by using a Raman microscope, by changing the focal distance, a unique Raman A signal may be derived.

도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(300)을 이용하여 검출 물질 분석 과정을 나타낸 도면이다.13 is a view illustrating a process of analyzing a detection substance using the surface enhanced Raman scattering substrate 300 according to the third embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 표면증강 라만산란 기판(300)을 이용하여 검출 물질(25)을 분석하는 경우 dipping 과정에서 표면증강 라만산란 기판(300)이 위로 볼록한 형태를 취하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 13, when the detection material 25 is analyzed using the surface enhanced Raman scattering substrate 300, it can be confirmed that the surface enhanced Raman scattering substrate 300 has a convex shape in the dipping process.

제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(300)은 절연층(15)의 하부의 높이가 상부의 높이 보다 크게 형성 (h1〉h2) 되면, 팽창시 부피는 (h13〉h23) 비율로 팽창하게 되어 높이가 높게 형성된 하부의 부피 팽창이 보다 크게 된다.When the height of the lower portion of the insulating layer 15 is greater than the height of the upper portion of the surface enhanced Raman scattering substrate 300 according to the third embodiment (h1 &gt; h2), the volume at the time of expansion increases (h13> h23) So that the volume expansion of the lower portion having a higher height becomes larger.

이 때, 상부 절연막의 두께가 작으면 상부 방향으로 미는 힘이 커지게 되어, 표면증강 라만산판 기판(300)이 위로 볼록한 형태가 될 수 있다.At this time, if the thickness of the upper insulating film is small, the pushing force in the upward direction becomes large, and the surface enhancement Raman plate substrate 300 can be convex upward.

제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(300)은 dipping 과정에서 금속나노 구조체(10)가 경사를 형성한 상태에서 절연층(15)을 상부 방향으로 미는 힘에 의해 내부에 형성된 금속나노 구조체(10)의 상호 간격이 넓어질 수 있다.The surface-enhanced Raman scattering substrate 300 according to the third embodiment differs from the surface-enhanced Raman scattering substrate 300 according to the third embodiment in that the metal nanostructure 10 formed in the inside by the force pushing the insulating layer 15 upward in a state where the metal nanostructure 10 is inclined in the dipping process The mutual spacing between the first and second electrodes 10 can be widened.

dipping 과정에서 금속나노 구조체(10)의 상호 간격이 넓어지면, 넓어진 간격 사이로 검출 물질(25)의 확산이 보다 원활하여 지고, 표면증강 라만산란 기판(300)이 건조되는 과정에서 금속나노 구조체(10)가 원 상태로 복귀하여, 핫 스팟(20)을 형성함으로써, 라만신호를 보다 증폭시킬 수 있다.When the mutual spacing of the metal nanostructures 10 is widened during the dipping process, the diffusion of the detection material 25 is more smoothly spread between the widened spaces, and in the process of drying the surface enhanced Raman scattering substrate 300, Is returned to the original state to form the hot spot 20, the Raman signal can be further amplified.

표면증강 라만산판 기판(300)은 dipping 과정에서 위로 볼록하게 변형되면서, 금속 나노 구조체(10) 상호 간격이 벌어지는 형태로 변하게 될 수 있다.The surface enhancement Raman plate substrate 300 may be deformed upward in the dipping process, and the metal nanostructures 10 may be deformed into a gap between the metal nanostructures 10.

dipping 중 하부에서 상부로 미는 힘은 돌기형 구조체(3)의 간격이 벌어지도록 작용하여, 벌어진 간격으로 검출 물질(25)을 핫 스팟(20) 내부로 검출 물질(25)을 용이하게 포집하게 한다. The pushing force from the lower part to the upper part during dipping acts to spread the space of the protruding structure 3 so that the detection material 25 is easily collected into the hot spot 20 at the gap interval .

핫 스팟(20)의 벌어진 간격 사이로 검출 물질(25)이 포집되고, 표면증강 라만산란 기판(400)을 건조시키면 다시 돌기형 구조체(3)는 상부로 갈수록 좁은 간격이 형성된 상태에서 라만신호를 측정할 수 있게 된다.The detection material 25 is collected between the open spots of the hot spot 20 and the surface enhanced Raman scattering substrate 400 is dried again so that the protruding structure 3 again measures the Raman signal in a state in which the narrow gap is formed toward the upper part .

제3 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(300)은 팽창과정에서 검출 물질(25)을 보다 용이하게 포집시킬 수 있으면서, 건조 후 1nm 이하의 핫 스팟을 형성됨으로써, 라만신호가 보다 증폭된 결과를 얻을 수 있다.The surface enhanced Raman scattering substrate 300 according to the third embodiment can more easily collect the detection material 25 in the expansion process and can form hot spots of 1 nm or less after the drying so that the Raman signal is more amplified Can be obtained.

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(400)을 이용하여 검출 물질(25) 분석 과정을 나타낸 도면이다.FIG. 14 is a view illustrating an analysis process of a detection material 25 using a surface enhanced Raman scattering substrate 400 according to a fourth embodiment of the present invention.

또한, 절연층(15)의 상부의 높이가 하부의 높이 보다 높게 (h1〈h2) 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.It is also confirmed that the height of the upper portion of the insulating layer 15 is higher than the height of the lower portion (h1 &lt; h2).

이 경우, 절연층(15)이 상기와 같이 상부와 하부에 높이차(h1〈h2) 가 형성되는 경우 dipping 중 상부에서 하부로 미는 힘이 강하게 형성되어 아래로 볼록한 형태로 표면증강 라만산란 기판(400)을 형성할 수 있다.In this case, when the height difference (h1 &lt; h2) is formed between the upper part and the lower part of the insulating layer 15 as described above, a strong pushing force from the upper part to the lower part during dipping is formed strongly, 400 can be formed.

아래로 볼록한 형태의 표면증강 라만산란 기판(400)은 dipping 중 상부에서 하부로 미는 힘에 의해 상부가 모아지는 형태로 변형되어 변형 전 보다 금속나노 구조체(10)의 간격을 보다 좁힐 수 있다.The surface-enhanced Raman scattering substrate 400 having a downward convex shape may be deformed into a shape in which the upper portion is gathered by the pushing force from the upper portion to the lower portion during dipping, so that the interval of the metal nanostructures 10 can be narrower than before the deformation.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(400)은 금속나노 구조체(10)의 간격이 보다 좁아져 검출 분자의 보다 증폭된 라만신호를 획득할 수 있다.Therefore, the surface-enhanced Raman scattering substrate 400 according to the embodiment of the present invention can obtain a more amplified Raman signal of the detection molecule because the distance between the metal nanostructures 10 becomes narrower.

이 때, 절연층(15) 상부의 높이가 하부보다 높은 표면증강 라만산란 기판(400)은 건조하지 않은 상태에서 라만신호를 측정하는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the Raman signal is measured in a state where the surface enhancement Raman scattering substrate 400 having the height above the insulating layer 15 is higher than the lower surface.

제4 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판(400)은 건조 시 금속나노 구조체(10)의 간격이 원상태로 회복되므로, 건조 전 라만신호를 측정하는 것이 바람직하다. The surface enhanced Raman scattering substrate 400 according to the fourth embodiment recovers the spacing of the metal nanostructures 10 upon drying, so that it is preferable to measure the Raman scattering signal before drying.

본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판은 각각의 실시예에 따라 최적의 제조방법 및 분석조건을 제공하여 1nm 이하로 핫 스팟(20)이 형성될 수 있다. The surface enhanced Raman scattering substrate according to the embodiment of the present invention can provide the optimal manufacturing method and analysis conditions according to each embodiment, and the hot spot 20 can be formed to 1 nm or less.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판은 분자 필터링 효과를 가지고 있기 때문에, 여러 혼합 시료 중 특정 물질만을 선택적으로 핫 스팟(20)으로 유도할 수 있다.Meanwhile, since the surface enhanced Raman scattering substrate according to the embodiment of the present invention has a molecular filtering effect, only specific substances among various mixed samples can be selectively introduced into the hot spot 20.

따라서, 분자 필터링 효과를 가진 본 발명의 실시예에 따른 표면증강 라만산란 기판은 현장 진단 센싱을 가능하게 할 수 있으며, 간단한 제조공정 및 경제적인 측면에서 실용화 가능성이 높다. Therefore, the surface enhanced Raman scattering substrate according to the embodiment of the present invention having a molecular filtering effect can enable field diagnosis sensing, and is highly likely to be practically used in a simple manufacturing process and economical aspect.

이상, 본 발명의 실시예 들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

3: 돌기형 구조체
5: 유연한 기판
10: 금속나노 구조체
15: 절연층
20 : 핫 스팟
3: protruding structure
5: flexible substrate
10: metal nanostructure
15: Insulating layer
20: Hot Spot

Claims (15)

돌기형 구조체가 형성된 유연한 기판;
유연한 기판 상에 형성된 금속나노 구조체; 및
용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 형성되어 내부에 유연한 기판 및 금속나노 구조체가 함입되도록 형성되는 절연층;을 포함하는
표면증강 라만산란 기판.
A flexible substrate on which a protruding structure is formed;
A metal nanostructure formed on a flexible substrate; And
And an insulating layer formed of a sensitive material which is swollen by the solvent and formed so as to contain the flexible substrate and the metal nanostructure therein
Surface enhanced Raman scattering substrate.
제1항에 있어서,
상기 감응성 물질은 유기용매에 팽윤되는 PDMS (폴리다이메틸실록세인), SiGMA(2-프레페놀산, 2-메틸-, 2-히드록시-3-[3-[l,3,3,3-테트라메틸-1-[(트리메틸실릴)옥시]디실록사닐]프로폭시]프로필 에스테르), α,ω- 비스메타크릴옥시프로필폴리디메틸실록세인, mPDMS (모노메타크릴옥시프로필 말단 모노-엔-부틸 말단 폴리디메틸실록세인) 및 TRJS (3-메타크릴옥시프로필트리스 (트리메틸실록시) 시레인) 중 어느 하나 이상을 선택되는, 표면증강 라만산란 기판.
The method according to claim 1,
The sensitizer may be selected from the group consisting of PDMS (polydimethylsiloxane), SiGMA (2-prphenolic acid, 2-methyl-, 2-hydroxy-3- [3- [ Bis (trimethylsilyl) oxy] disiloxanyl] propoxy] propyl ester),?,? - bismethacryloxypropylpolydimethylsiloxane, mPDMS (monomethacryloxypropyl terminated mono-en- Terminal polydimethylsiloxane) and TRJS (3-methacryloxypropyl tris (trimethylsiloxy) silane).
제1항에 있어서,
상기 감응성 물질은 무기용매에 팽윤되는 폴리(에틸렌옥사이드), 폴리(프로필렌옥사이드), 폴리(비닐메틸이써), 폴리(하이드로프로필아크릴레이트), 하이드록시프로필셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 하이드록시프로필 메틸셀룰로즈, 폴리(비닐알콜), 폴리(N-substituted 아크릴아마이드), 폴리(N-이소프로필 아크릴아마이드), 폴리(N-아크릴로릴 피로리딘), 폴리(N-아크릴로릴 피퍼리딘), 폴리(아크릴-L-아미노 에시드 아마이드) 및 폴리(메타크릴릭 에시드) 중 어느 하나 이상이 선택되는, 표면증강 라만산란 기판.
The method according to claim 1,
The sensitive material may be selected from the group consisting of poly (ethylene oxide), poly (propylene oxide), poly (vinylmethylether), poly (hydropropyl acrylate), hydroxypropylcellulose, methylcellulose, (N-substituted acrylamides), poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-acrylolypyrrolidines), poly Acryl-L-amino acid amide) and poly (methacrylic acid) are selected as the surface-enhanced Raman scattering substrate.
제1항에 있어서,
상기 절연층은 위치에 따라 기공의 크기가 다르게 형성되는, 표면증강 라만산란 기판.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer is formed to have different pore sizes depending on positions thereof.
제1항에 있어서,
상기 절연층은,
상기 절연층은 상기 유연한 기판의 하단으로부터 하부에 형성되는 높이가 상기 금속나노 구조체의 상단으로부터 상부에 형성되는 높이 보다 높게 형성되는, 표면증강 라만산란 기판.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
Wherein the insulating layer is formed to have a height higher than a height formed from a lower end to a lower portion of the flexible substrate to an upper portion of the metal nanostructure.
제1항에 있어서,
상기 절연층은,
상기 유연한 기판의 하단으로부터 하부에 형성되는 높이가 상기 금속나노 구조체의 상단으로부터 상부에 형성되는 높이 보다 낮게 형성되는, 표면증강 라만산란 기판.
The method according to claim 1,
Wherein the insulating layer
Wherein a height formed from the lower end to the lower end of the flexible substrate is formed lower than a height formed from the upper end to the upper end of the metal nanostructure.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌기형 구조체는
상기 유연한 기판에 대하여 경사가 형성되어, 상기 돌기형 구조체 상호 간의 간격이 상부로 갈수록 좁아지도록 형성되는, 표면증강 라만산란 기판.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The protruding structure
Wherein a slope is formed on the flexible substrate so that an interval between the protruding structures becomes narrower toward the upper side.
제1항에 있어서,
상기 금속나노 구조체는
금, 은, 백금, 알루미늄, 철, 아연, 구리, 주석, 청동, 황동 및 니켈로 이루어진 그룹에서 하나 또는 2 이상의 합금으로 이루어진, 표면증강 라만산란 기판.
The method according to claim 1,
The metal nanostructure includes
Wherein the surface enhanced Raman scattering substrate is made of one or more alloys in the group consisting of gold, silver, platinum, aluminum, iron, zinc, copper, tin, bronze, brass and nickel.
제1항에 있어서,
상기 금속나노 구조체는
금속나노 입자, 금속나노 로드, 금속나노 섬(island)과 금속 페이스트, 금속 캡(cap), 금속나노 와이어 중 어느 하나 이상이 선택되는, 표면증강 라만산란 기판.
The method according to claim 1,
The metal nanostructure includes
A surface enhanced Raman scattering substrate, wherein at least one of metal nanoparticles, metal nanorods, metal islands and metal pastes, metal caps, and metal nanowires is selected.
유연한 기판에 돌기형 구조체를 형성하는 단계;
상기 돌기형 구조체 상에 금속나노 구조체를 형성하는 단계;
상기 금속나노 구조체가 형성된 상기 유연한 기판을 용매에 의해 팽윤되는 감응성 물질로 함입하여 절연층을 형성하는 단계;를 포함하는 표면증강 라만산란 기판 제조방법.
Forming a protruding structure on a flexible substrate;
Forming a metal nanostructure on the protruding structure;
And forming an insulating layer by impregnating the flexible substrate on which the metal nanostructure is formed with an irritating substance that is swollen by a solvent.
제10항에 있어서,
상기 유연한 기판에 상기 돌기형 구조체를 형성하는 단계는 유연한 기판을 플라즈마 에칭, 리소그래피 방법, 나노 임프린트로 형성하는 단계인 표면증강 라만산란 기판 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the step of forming the protruding structure on the flexible substrate is a step of forming a flexible substrate by plasma etching, a lithography method, or a nanoimprint.
제10항에 있어서,
상기 절연층을 형성하는 단계는
용매에 팽윤되는 특성이 있는 감응성 물질 용액을 형성하는 단계;
상기 감응성 물질 용액을 이용하여 감응성 물질막을 형성하는 단계;
상기 금속나노 구조체를 상기 감응성 물질막의 일면에 배치하는 단계;
상기 감응성 물질막과 상기 금속나노 구조체를 상기 감응성 물질 용액에 함침시키는 단계; 및
상기 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계를 포함하는, 표면증강 라만산란 기판 제조방법.
11. The method of claim 10,
The step of forming the insulating layer
Forming a solution of a sensitizing substance having a property of swelling in a solvent;
Forming a sensitive material layer using the sensitive material solution;
Disposing the metal nanostructure on one surface of the sensitive material layer;
Impregnating the sensitive material layer and the metal nanostructure with the sensitive material solution; And
And curing the sensitometric material solution. &Lt; Desc / Clms Page number 20 &gt;
제12항에 있어서,
상기 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계는,
상기 감응성 물질막과 상기 금속나노 구조체를 상기 감응성 물질 용액에 함침시키는 단계; 및
상기 감응성 물질 용액을 경화시키는 단계를 반복적으로 수행하되,
경화시간을 달리하여 수행하는 것을 특징으로 하는, 표면증강 라만산란 기판 제조방법.
13. The method of claim 12,
Wherein the step of curing the sensitive material solution comprises:
Impregnating the sensitive material layer and the metal nanostructure with the sensitive material solution; And
Curing the sensitive material solution is repeatedly performed,
Wherein the curing time is different from the initial curing time.
제1항 또는 제9항 중 어는 한 항에 따른 표면증강 라만산란 기판을 준비하는 단계;
상기 표면증강 라만산란 기판의 절연층을 팽윤시킬 수 있는 용매를 준비하는 단계;
상기 용매에 검출 물질을 혼합시켜 검출 물질 혼합 용액을 형성하는 단계;
상기 표면증강 라만산란 기판을 상기 용액에 dipping 시켜 상기 절연층을 팽윤시키는 단계;
상기 표면증강 라만산란 기판을 건조시키는 단계; 및
건조시킨 상기 표면증강 라만산란 기판의 라만신호를 측정하는 단계;를 포함하는 표면증강 라만산란 기판을 이용한 검출 물질 분석방법.
Preparing a surface enhanced Raman scattering substrate according to one of claims 1 or 9;
Preparing a solvent capable of swelling the insulating layer of the surface enhanced Raman scattering substrate;
Mixing the detection substance with the solvent to form a detection substance mixture solution;
Dipping the surface enhanced Raman scattering substrate into the solution to swell the insulating layer;
Drying the surface enhanced Raman scattering substrate; And
And measuring the Raman signal of the dried surface enhanced Raman scattering substrate.
제14항에 있어서,
상기 용매에 검출 물질을 혼합시켜 검출 물질 혼합 용액을 형성하는 단계는 복수의 검출 물질을 혼합시키는 단계를 포함하는, 표면증강 라만산란 기판을 이용한 검출 물질 분석방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the step of mixing the detection substance with the solvent to form the detection substance mixture solution includes mixing the plurality of detection substances.
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