SERS 분자 센싱 응용을 위한 탄소나노튜브 스캐폴드 제작

Abstract

화학기상증착기법을 활용한 수직정렬된 탄소나노튜브의 합성 기술은 나노미터 스케일의 다공도를 가진 구조물들을 마이크로미터 스케일에서 기하학적 특성을 자유롭게 제어하여 제작할 수 있기 때문에 다양한 스캐폴드 물질로 활용이 가능하다. 그중 펨토몰 수준의 분자 검출로 응용될 수 있는 나노광학적 센싱 기법인 표면증강라만분광법(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) 센싱에 효과적으로 응용될 수 있음이 보고된 바 있다. 하지만 표면이 소수성 특성을 갖도록 표면 특성을 조작하면 분자의 응축을 유도할 수 있는 장점이 있지만 나노 공동 내로 충분히 피분석체 용액이 침투할 수 없기 때문에 분자 센싱이 이루어지지 않는 문제가 있다. 본 연구에서는 소수성 특성을 갖더라도 SERS 센싱이 가능한 탄소나노튜브 스캐폴드 구조를 구현하기 위하여 O2 플라즈마 환경에 탄소나노튜브 표면을 노출시켜 나노튜브간의 응집을 형성시킴과 동시에 마이크로 구조물을 식각함으로써 탄소나노튜브 스캐폴드의 표면 다공성을 통제한다. 제작 시 플라즈마 노출 시간에 따라 표면 다공도가 단조적으로 감소함을 확인한다. 또한, 소수성 박막 코팅 및 Ag 나노 입자의 코팅이 습윤 공정(wet process)에서 진행되는데 모세관력에 대한 탄소나노튜브 구조의 강건성을 향상시키기 위해 ZnO 원자층증착 기술을 사용한다. 증착 두께에 따라 나노구조의 고밀화 (densification) 경향이 감소하고 표면 다공성의 열화가 사라짐을 확인한다. 마지막으로 본 공정에 따른 스캐폴드에 용액이 효과적으로 침투함을 Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX)로 분석하였으며, 1 nM 수준의 Rhodamine 6G 피분석체가 성공적으로 검출됨을 확인한다.