기초과학

중국, 중금속 이온을 검출하는 최신 기술 개발

발행일 : 2013 / 11 / 08

중국과학원 합비(合肥, Hepei)물질과학연구원 산하 지능기계연구소 생체모방기능성재료 및 센서부품연구센터의 류진화이(劉錦淮) 연구원 연구팀과 중국과학원 “해외우수인재유치”과제에 선정된 황싱쥬(黄行九) 연구팀은 협력연구를 통해, 중금속 이온을 검출하는 최신 성과를 올렸다고 밝혔다.

연구팀은 분자간격 나노부품 기반의 중금속 이온을 검출하는 새로운 방법을 창의적으로 고안했고 Hg2+의 특이성 전기학적 민감 응답 및 검출을 실현하였으며, 이론모사 계산과 결합하여 민감메커니즘을 해석하였다. 이 연구성과는 최근 「네이처」지 “Scientific Reports”에 발표되었다.(Scientific ReportsSci. Rep. 3, 3115; DOI: 10.1038 / srep 03115 (2013))

나노갭 부품은 현재 전자 센서 연구분야의 인기연구과제가 되었고, 고민감도 검출 분야에서도 응용전망이 밝다. 이 연구진은 꾸준한 연구 끝에 다음과 같은 연구성과를 달성했다.   ① 나노갭 전극의 센서 검출 연구방향에서의 최신 진전 및 동향 논술(Materials Today, 2010, 13, 28-41) ② CdSe양자점을 나노갭 전극 사이에 도입시키고 광민감특성(자외선/가시광선)을 이용해 유기분자 스트렙타비딘(streptavidin)의 검출 민감도를 효과적으로 향상(Small, 2012, 8, 3274-3281) ③ 화학적 불활성의 PTS검출 면에서 나노갭 전극 기반의 “전자전송 억제”를 검출하는 새로운 원리 및 방법 도출(Analytical Chemistry, 2012, 84, 9818-9824)

위의 연구성과를 토대로, 연구팀은 나노갭 부품을 중금속 이온의 검출연구에 도입시켰다.  마이크로전극 사이에 글루타티온(glutathione) 분자층을 코팅한 Au 나노입자를 충전시켜 분자간격 나노부품의 구축을 간접적으로 실현하였다.

나노부품은 Hg2+에 대해 고민감도의 전기적 응답을 나타내었고 보다 낮은 검출 한계(1nm)를 나타내었다. 반면에 기타 중금속 이온(예 Zn2+, Cd2+, Pb2+ 등)에 대해서는 부품 전도율/저항의 변화를 일으키지 않았다. 분자수준에서 본 나노부품의 특이성 민감메커니즘을 해석하기 위해 연구팀은 이론 모사연구를 통해 다음과 같은 점을 발견하였다.

일반 나노부품과는 달리 본 나노부품의 선택성은 수식물(글루타티온 분자)과 중금속 이온과의 결합력에 의존하지 않음을 발견하였다. 나노부품의 민감메커니즘은 주로 중금속이온 브리지와 인접한 Au 나노입자간의 글루타티온 분자와 착화합물(complex)을 형성한 후, 그 프런티어 궤도 분포 및 에너지를 변화시키며 나아가 나노부품의 전자수송성능에 영향을 미친다.