경희대, 스스로 재배열하는 금 나노입자로 미세 나노플라스틱 잡아낸다

한국 경희대학교 연구팀이 금 나노입자를 이용해 미세·나노플라스틱을 검출하는 새로운 센서 기술을 개발했습니다. 이 기술은 물에 접촉하면 금 나노입자가 재배열되어 검출 신호를 크게 높이며, 인공지능(AI)을 활용해 복합 시료에서 다양한 오염물질을 자동으로 식별할 수 있습니다. 이 연구는 재료과학 분야 배후 국제 학술지 Advanced Functional Materials에 최근 게재되었습니다.

미세·나노플라스틱은 다양한 환경에서 광범위하게 존재하며 생태계와 인체에 위협이 될 수 있습니다. 그러나 작은 크기와 낮은 농도로 인해 정확한 검출과 분석이 어렵습니다. 기존의 라만 증강 라만 스펙트럼(SERS)은 강력한 표면 강화 기법이지만, 금속 나노구조와의 접촉 제한으로 인해 충분한 신호 증폭이 어려웠습니다.

연구팀은 재생 셀룰로오스 하이드로겔의 특성을 이용하여 해결책을 찾았습니다. 하이드로겔 표면에 금 나노입자를 배열한 뒤, 재팽창 과정에서 금 나노입자가 나노플라스틱 주변으로 재배열되도록 설계했습니다. 이 과정에서 라만 신호를 강하게 증폭하는 고밀도 '핫스팟'이 형성되어 낮은 농도의 나노플라스틱까지 검출할 수 있게 되었습니다.

실용성을 검증하기 위해 연구팀은 각각 80, 150, 850nm인 폴리스타이렌 나노플라스틱으로 센서의 성능을 테스트했습니다. 결과적으로 하이드로겔의 재팽창과 금 나노입자의 재배열을 통해 서로 다른 크기의 나노플라스틱을 효과적으로 SERS 검출할 수 있음을 확인했습니다. 또한 다양한 복합 시료에서도 적용 가능성을 확인했으며, 멀티라벨 AI를 구축해 미세·나노플라스틱과 유기염료, 농약이 동시에 존재하는 시료에서도 각 오염물질을 자동으로 식별했습니다.

유정목, 정대현 교수는 이 연구가 금 나노입자의 구조를 능동적으로 변화시키는 기능성 소재로 활용한다는 점에 의미가 있다고 밝혔습니다. 앞으로 다양한 환경 오염물질을 현장에서 신속하게 분석하는 센서 기술로 확장할 것이라고 언급했습니다. 이 기사는 글로벌 나노기술 전문 매체 Nanowerk의 'Nanowerk Spotlight'에 소개되며 높은 평가를 받았습니다.