KR20110039170A - 나노 스페이서를 이용한 광학 센서 및 광학 센서를 이용한 검출 방법 - Google Patents
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Abstract
나노 스페이서를 이용한 광학 센서 및 광학 센서를 이용한 검출 방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서는 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서, 나노 스페이서의 일측에 결합된 제1물체, 나노 스페이서의 다른 일측에 결합된 제2물체 및 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 검출부를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 외부 자극에 따라 그 길이가 가역적으로 변하는 나노 스페이서(Spacer)를 이용하여 나노입자 사이의 광학적인 특성, 즉 형광(Fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 등과 같은 광학적인 현상을 능동적으로 제어할 수 있다. 또한, 상기 나노 스페이서(Spacer)를 이용하여 형광(Fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 등을 감지 원리로 하는 광학적 센서들의 감지 한계를 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 나노 스페이서를 이용한 광학 센서 및 광학 센서를 이용한 검출 방법 에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 자극에 의하여 광학적 특성을 제어 및 검출할 수 있는 나노 스페이서를 이용한 광학 센서 및 광학 센서를 이용한 검출 방법 에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-007-02, 과제명: 유비쿼터스 건강 관리 모듈 시스템].
형광(Fluorescence)이란 물질이 빛의 자극에 의해서 발광하는 현상을 말한다. 빛 에너지를 받은 물질이 입사광의 파장보다 긴 파장(즉, 원래보다 낮은 에너지)을 갖는 빛을 내는 것으로, 반사와는 다르다. 쪼인 빛을 제거해도 계속 발광하는 것을 인광, 조사광을 제거하면 바로 소멸해 버리는 것을 형광으로 구별한다.
형광 공명 에너지 전달(FRET: Fluorescence Resonance Energy Transfer)이란 한 쌍의 에너지 수용체 및 에너지 공여체, 특이결합을 하는 한 쌍의 생체분자의 특성을 활용한 것이다.
단파장 형광물질(shorter wavelength dye)인 에너지 공여체(donor)가 외부에서 에너지를 흡수하면 공여체의 여기 에너지가 빛 에너지로 방출되는 대신, 장파장 형광물질(longer wavelength excitation dye)인 에너지 수용체(acceptor)로 발광 없이(radiationless) 전달되어, 수용체의 장파장 형광만이 방출되는 현상을 말한다.
표면 플라즈몬(Surface Plasmon)이란 금속과 유전체의 경계면을 따라 진행하는 표면 전자기파를 의미한다. 이러한 표면 플라즈몬은 금속의 표면이나 구조의 변화에 따라서 강화시킬 수 있으며, 이것은 생분자 분석 기술 및 광 소자 개발에 응용될 수 있다.
표면 플라즈몬(Surface Plasmon)의 일 예인 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance)은 금속 나노 입자의 크기와 모양, 그리고 주변 매질의 분산특성(dispersion properties)에 따라 입사광의 에너지를 선택적으로 흡수, 산란하는 현상을 말한다. 이것은 빛 에너지가 표면 플라즈몬에 흡수, 변환되고 금속 나노 입자 표면에 형성된 전기장은 국소적으로 크게 왜곡, 강화되었음을 뜻하며, 빛의 회절 한계보다 작은 영역, 즉 근접장(nearfield)에서 광 제어가 가능함을 의미하기도 한다.
라만 분광 효과(Raman Spectroscopy)란 분자의 진동수(vibrational frequencies)에 관한 정보를 제공하는 잘 알려진 기술이다. 또한, 표면 강화 라만 분광(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering)이란 금속 표면 근처에 분자가 있을 경우 라만(Raman) 신호가 크게 증가하는 현상이다.
라만 분광 효과(Raman Spectroscopy)는 형광에 비하여 신호의 세기가 약하기 때문에 실생활에 응용하기에는 어려움이 있지만 표면 강화 라만 분광(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering) 현상을 이용하면 이러한 어려움을 극복할 수 있다.
일반적으로 표면 강화 라만 분광(SERS: Surface Enhanced Raman Scattering) 현상은 은이나 금의 나노 입자의 표면 플라즈몬 공명(Surface Plasmon Resonance)에 의하여 근처에 분자들이 있을 경우 나타나는 것으로 알려져 있다.
일반적으로, 형광입자의 형광(fluorescence) 및 소광(quenching), 형광 공명 에너지 전달(FRET: Fluorescence Resonance Energy Transfer), 금속 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR: Localized Surface Plasmon Resonance) 및 표면 강화 라만 분광(SERS: Surface Enhanced Raman Spectroscopy) 현상 등은 나노입자들 사이 혹은 입자와 근접해 있는 금속/유전체 표면에서의 거리에 매우 민감한 공통점이 있다.
그러나, 상기 나노입자들 사이의 거리를 정하는 매질은 일반적으로 그 길이가 고정되어 있어서, 나노입자 사이의 에너지 전달 조건을 능동적으로 조절할 수 없는 단점이 있다.
즉, 나노입자 사이의 에너지 전달 조건을 능동적으로 조절할 수 있는 광학 센서의 필요성이 있는 것이다. 특히, 고정된 길이를 갖는 통상의 스페이서의 단점을 해결하기 위해 온도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장과 같은 외부의 자극에 대해 그 길이가 가역적으로 변할 수 있는 나노 스페이서를 이용한 광학 센서의 필요성이 있는 것이다.
본 발명의 목적은 외부 자극에 의하여 광학적 특성을 제어 및 검출할 수 있는 나노 스페이서를 이용한 광학 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부 자극에 의하여 광학적 특성을 제어 및 검출할 수 있는 광학 센서를 이용한 검출 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 나노 스페이서를 이용한 광학 센서는 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서; 상기 나노 스페이서의 일측에 결합된 제1물체; 상기 나노 스페이서의 다른 일측에 결합된 제2물체; 및 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 검출부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 외부 자극은 온도, 습도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장 중 적어도 하나일 수 있다.
여기에서, 상기 외부 자극은 나노 스페이서의 크기가 변화하는 임계 조건을 갖는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 나노 스페이서의 크기 변화에 따라 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 길이가 변화하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 나노 스페이서는 중합체(polymer) 및 하이드로 젤(hydro gel) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 나노 스페이서는 PNIPAAm(poly N isopropylacrylamide) 일 수 있다.
여기에서, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용은 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 형광(fluorescence) 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체 및 제2물체는 형광체일 수 있다.
여기에서, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체는 형광체이고, 상기 제2물체는 금속 나노 입자일 수 있다.
여기에서, 상기 검출부는 상기 나노 스페이서의 크기 변화에 따른 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출하는 것일 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 광학 센서를 이용한 검출 방법은 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서의 일측에 제1물체를 결합하고, 상기 나노 스페이서의 다른 일측에 제2물체를 결합하는 단계; 상기 결합된 나노 스페이서에 상기 외부 자극을 인가하는 단계; 및 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 나노 스페이서는 중합체(polymer) 및 하이드로 젤(hydro gel) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 나노 스페이서는 PNIPAAm(poly N isopropylacrylamide) 일 수 있다.
여기에서, 상기 외부 자극은 온도, 습도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장 중 적어도 하나일 수 있다.
여기에서, 상기 외부 자극은 나노 스페이서의 크기가 변화하는 임계 조건을 갖는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 외부 자극을 인가하는 단계에서 상기 외부 자극은 주기적으로 변화하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 방출되는 빛을 검출하는 단계는 상기 외부 자극의 변화에 따른 상기 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 방출되는 빛을 검출하는 단계에서 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용은 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 형광(fluorescence) 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체 및 제2물체는 형광체일 수 있다.
여기에서, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체는 형광체이고, 상기 제2물체는 금속 나노 입자일 수 있다.
상기와 같은 나노 스페이서를 이용한 광학 센서 및 광학 센서를 이용한 검출 방법에 따르면, 외부 자극에 따라 그 길이가 가역적으로 변하는 나노 스페이서(spacer)를 이용하여 나노입자 사이의 광학적인 특성, 즉 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 등과 같은 광학적인 현상을 능동적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 나노 스페이서(spacer)를 이용하여 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 등을 감지 원리로 하는 광학적 센서들의 감지 한계를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서에서 형광 공명 에너지 전달(FRET)을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서에서 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 센서를 이용한 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서에서 형광 공명 에너지 전달(FRET)을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서에서 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 센서를 이용한 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서(100)는 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서(110), 상기 나노 스페이서의 일측에 결합된 제1물체(120), 상기 나노 스페이서의 다른 일측에 결합된 제2물체(130) 및 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 검출부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 상기 외부 자극은 온도, 습도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장 중 적어도 하나일 수 있으며, 상기 온도, 습도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장 등의 외부 자극은 각각 상기 나노 스페이서의 크기가 변화하는 임계 조건을 갖는 것일 수 있다.
다음으로, 상기 나노 스페이서(110)는 중합체(polymer) 및 하이드로 젤(hydro gel) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것일 수 있으며, 특히, PNIPAAm(poly N isopropylacrylamide)로 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 제1물체(120) 및 제2물체(130)는 각각 형광체 및 금속 나노 입자일 수 있을 것이다. 이에 따라, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용은 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 것일 수 있다.
상술하면, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 형광(fluorescence) 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체 및 제2물체는 형광체일 수 있으며, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체는 형광체이고, 상기 제2물체는 금속 나노 입자일 수 있다.
다음으로, 상기 검출부(140)는 상기 나노 스페이서의 크기 변화에 따른 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출하는 것일 수 있다.
결국, 상기 나노 스페이서(110), 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130)의 결합체에 대하여, 상기 외부 자극을 인가하며, 여기에서 외부 자극은 상기 나노 스페이서의 크기를 변화시킬 수 있는 것일 수 있다.
상기 나노 스페이서(110)의 크기변화에 따라, 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 거리가 변화할 수 있으며, 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 거리 변화에 따라, 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 현상에 의한 빛의 세기가 변화하는 특성을 검출할 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서에서 형광 공명 에너지 전달(FRET)을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서(100)에서 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 상호작용이 형광 공명 에너지 전달(FRET) 현상으로 나타나는 경우를 살펴본다. 여기에서, 상기 제1물체(120)는 형광체일 수 있으며, 상기 제2물체(130)도 형광체일 수 있다.
상기 외부 자극을 인가하기 전에는 도 2(a)와 같이 나노 스페이서에 의한 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 거리가 크게 유지될 수 있으며, 이에 따라 상기 제1물체(120)로부터 상기 제2물체(130)로 형광 공명 에너지 전달(FRET)이 없어, 상기 제1물체(120)의 산란 혹은 형광 빛의 세기가 줄어들지 않는 것을 검출할 수 있을 것이다.
그러나, 상기 외부 자극을 인가한 후에는 도 2(b)와 같이 나노 스페이서에 의한 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 거리가 작게 축소되며, 이에 따라 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 상호 작용으로서 상기 제1물체(120)로부터 상기 제2물체(130)로 형광 공명 에너지 전달(FRET)이 일어나는 소광(Quenching) 현상이 일어나게 된다. 즉, 상기 형광 공명 에너지 전달(FRET) 현상에 의하여 방출되는 빛의 세기가 작아지는 것을 검출하게 될 것이다.
상기와 같은 외부 자극의 변화에 따라, 형광 공명 에너지 전달(FRET) 현상에 의하여 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출할 수 있으므로, 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 상호작용의 특성을 검출할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서에서 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR)을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 스페이서를 이용한 광학 센서(100)에서 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 상호작용이 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 현상으로 나타나는 경우를 살펴본다. 여기에서, 상기 제1물체(120)는 형광체일 수 있으며, 상기 제2물체(130)는 금속 나노 입자일 수 있다.
상기 외부 자극을 인가하기 전에는 도 3(a)와 같이 나노 스페이서에 의한 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 거리가 크게 유지될 수 있으며, 이에 따라 상기 제1물체(120)로부터 상기 제2물체(130)로 비 방사형 에너지 전달(non-radiative energy transfer)이 없어, 상기 제1물체(120)의 산란 혹은 형광 빛의 세기가 줄어들지 않는 것을 검출할 수 있을 것이다.
그러나, 상기 외부 자극을 인가한 후에는 도 3(b)와 같이 나노 스페이서에 의한 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 거리가 작게 축소되며, 이에 따라 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 상호작용으로 상기 제1물체(120)로부터 상기 제2물체(130)로 비 방사형 에너지 전달(non-radiative energy transfer)이 일어나게 되고, 상기 제1물체의 에너지(즉, 파장)가 상기 제2물체, 즉 금속 나노입자의 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 에너지(즉, 공명파장)에 상응하는 경우, 제2물체(130)로부터 방출되는 빛의 세기가 큰 것을 검출할 수 있을 것이다.
상기와 같은 외부 자극의 변화에 따라, 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 현상에 의하여 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출할 수 있으므로, 상기 제1물체(120) 및 상기 제2물체(130) 간의 상호작용의 특성을 검출할 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 센서를 이용한 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 센서를 이용한 검출 방법은 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서의 일측에 제1물체를 결합하고, 상기 나노 스페이서의 다른 일측에 제2물체를 결합하는 단계(단계 410), 상기 결합된 나노 스페이서에 상기 외부 자극을 인가하는 단계(단계 420) 및 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 단계(단계 430)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 나노 스페이서는 중합체(polymer) 및 하이드로 젤(hydro gel) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것일 수 있으며, 나노 스페이서는 PNIPAAm(poly N isopropylacrylamide)일 수 있다.
다음으로, 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서의 일측에 제1물체를 결합하고, 상기 나노 스페이서의 다른 일측에 제2물체를 결합하는 단계(단계 410)는 상기 나노 스페이서를 이용한 광학 센서에서 상술하였으므로 자세한 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 결합된 나노 스페이서에 상기 외부 자극을 인가하는 단계(단계 420)는 상기 나노 스페이서, 상기 제1물체 및 상기 제2물체의 결합체에 온도, 습도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장 중 적어도 하나의 외부 자극을 인가하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 외부 자극은 각각 나노 스페이서의 크기가 변화하는 임계 조건을 갖는 것일 수 있으며, 특히, 상기 외부 자극을 인가하는 단계(420)에서 상기 외부 자극은 주기적으로 변화하는 것일 수 있다. 이에 따라 외부 자극의 변화에 따른 특성을 살펴볼 수 있을 것이다.
다음으로, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 단계(단계 430)는 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출하는 것일 수 있다.
특히, 상기 방출되는 빛을 검출하는 단계(단계 430)에서 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용은 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 것일 수 있다.
이에 따라, 검출에 적합하도록 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 형광(fluorescence) 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체 및 제2물체로 형광체를 이용할 수 있으며, 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체로는 형광체, 상기 제2물체로는 금속 나노 입자를 이용할 수 있을 것이다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 나노 스페이서를 이용한 광학 센서
110: 나노 스페이서 120: 제1물체
130: 제2물체 140: 검출부
110: 나노 스페이서 120: 제1물체
130: 제2물체 140: 검출부
Claims (20)
- 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서;
상기 나노 스페이서의 일측에 결합된 제1물체;
상기 나노 스페이서의 다른 일측에 결합된 제2물체; 및
상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 검출부를 포함하여 구성되는 광학 센서. - 제1항에 있어서,
상기 외부 자극은 온도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제2항에 있어서,
상기 외부 자극은 나노 스페이서의 크기가 변화하는 임계 조건을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제1항에 있어서,
상기 나노 스페이서의 크기 변화에 따라 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 길이가 변화하는 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제1항에 있어서,
상기 나노 스페이서는 중합체(polymer) 및 하이드로 젤(hydro gel) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제5항에 있어서,
상기 나노 스페이서는 PNIPAAm(poly N isopropylacrylamide)인 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제1항에 있어서,
상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용은 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제7항에 있어서,
상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 형광(fluorescence) 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체 및 제2물체는 형광체인 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제7항에 있어서,
상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체는 형광체이고, 상기 제2물체는 금속 나노 입자인 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 제1항에 있어서,
상기 검출부는 상기 나노 스페이서의 크기 변화에 따른 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 광학 센서. - 외부 자극에 따라 크기가 가역적으로 변화하는 나노 스페이서의 일측에 제1물체를 결합하고, 상기 나노 스페이서의 다른 일측에 제2물체를 결합하는 단계;
상기 결합된 나노 스페이서에 상기 외부 자극을 인가하는 단계; 및
상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용에 의하여 방출되는 빛을 검출하는 단계를 포함하여 구성되는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 나노 스페이서는 중합체(polymer) 및 하이드로 젤(hydro gel) 중 적어도 하나를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 나노 스페이서는 PNIPAAm(poly N isopropylacrylamide)인 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 외부 자극은 온도, pH, 빛의 세기 및 빛의 파장 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제14항에 있어서,
상기 외부 자극은 나노 스페이서의 크기가 변화하는 임계 조건을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 외부 자극을 인가하는 단계에서 상기 외부 자극은 주기적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 방출되는 빛을 검출하는 단계는 상기 외부 자극의 변화에 따른 상기 방출되는 빛의 세기 변화 및 빛의 파장 변화 중 적어도 하나를 검출하는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제11항에 있어서,
상기 방출되는 빛을 검출하는 단계에서 상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용은 형광(fluorescence), 형광 공명 에너지 전달(FRET), 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 형광(fluorescence) 및 형광 공명 에너지 전달(FRET) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체 및 제2물체는 형광체인 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제1물체 및 상기 제2물체 간의 상호작용이 국소 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 및 표면 강화 라만 분광(SERS) 중 어느 하나로 표현되는 경우에는 상기 제1물체는 형광체이고, 상기 제2물체는 금속 나노 입자인 것을 특징으로 하는 광학 센서를 이용한 검출 방법.
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