기계/재료

푸단대학, 희토 발광 나노프로브 연구에서 중요한 성과 달성

발행일 : 2019 / 07 / 16

최근, 푸단(復旦)대학 리푸유(李富友) 연구팀은 여기 및 방출 파장이 동일한 장수명 발광 나노프로브를 개발했다. 해당 연구성과는 “Nature Photonics”에 게재됐다.

발광 프로브는 중요한 생물 시각화 도구로서 생물 이미징 및 검출 등 다양한 응용 분야에 이용된다. 기존의 발광 프로브 재료는 주로 탄소나노튜브, 형광염료, 퀀텀닷(Quantum dot) 및 희토 도핑 나노재료 등을 이용했다. 그중 희토 나노재료는 뛰어난 광안정성, 낮은 생물독성 등 장점으로 연구 핫이슈로 떠오르고 있다. 하지만 일반적으로 이용되는 희토 나노재료는 낮은 양자 효율, 작은 광흡수 단면 문제점이 존재하는 등 희토 나노재료의 성질 제어에 대한 효과적인 해결책을 찾지 못했다.

연구팀이 개발한 나노프로브는 이터븀(Yb), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 네오디뮴(Nd) 등을 주요 도핑 원소로 했기에 독특한 제로(Zero) 스토크스 시프트(Stokes shift) 광루미네선스 특성을 보유하고 있다. 해당 프로브는 광(Light)의 단기 메모리와도 같이 여기 후 일정한 시간 내에 여기광(Excited light) 파장과 동일한 발광신호를 지속적으로 생성할 수 있다. 전통적인 파장 광필터링에 의한 발광 검출 방법으로 해당 발광 현상을 완정하게 연구할 수 없다. 연구팀은 해당 유형 프로브의 장수명 발광 특성을 이용해 새로운 신호 수집 방법을 개발했으며 발광 수집창을 통해 펄스 여기 후 시간영역에서 여기광에 대한 필터링 제거를 달성함으로써 해당 유형 프로브의 발광 신호를 최대한으로 수집했다. 예를 들면 Yb를 주요 도핑 원소로 하는 작은 나노입자(~15nm)는 기타 일반적인 발광 재료에 비해 1개 수량급 이상의 발광 강도 장점을 보유하고 있다. 코어셸(Core shell) 구조의 셸 두께 조절을 통해 재료의 발광 수명을 뚜렷하게 조절할 수 있다. 연구팀은 해당 유형 재료의 독특한 성질을 기반으로 시간 광영역 형광 이미징 방법을 개발해 시간영역에서의 다채널 디코딩(Decoding) 및 생체 내 추적에 이용함으로써 해당 나노프로브의 광범위한 응용 전망을 보여주었다.