플라스모닉스는 금속 나노구조에서 발생하는 표면 플라스몬 공명 현상을 이용하여 빛의 국소화를 극대화하는 첨단 광학 기술입니다. 본 연구실은 플라스모닉스 기반의 초고해상도 이미징 기술을 개발하여, 기존 광학 현미경의 해상도 한계를 극복하고 세포 내 분자 및 구조의 동역학을 실시간으로 관찰할 수 있는 방법론을 제시하고 있습니다. 특히, SUPRA TIRFM, PSALM, NLS, NanoSIM 등 다양한 플라스모닉스 기반 구조조명 및 국소화 이미징 기법을 활용하여, 세포 내 미세 구조와 분자 상호작용을 나노미터 수준에서 정밀하게 추적합니다. 이러한 기술은 생명과학 및 의생명공학 분야에서 세포 내 단백질, 핵산, 소기관의 움직임과 상호작용을 실시간으로 시각화하는 데 큰 기여를 하고 있습니다. 예를 들어, 플라스모닉스 기반의 구조조명 현미경(NanoSIM)은 무작위 나노섬 구조를 이용해 근접장 스피클 패턴을 생성함으로써, 기존 광학계로는 불가능했던 초고해상도 이미지를 구현합니다. 또한, 표면 플라스몬 공명 현상을 활용한 라만 분광법과 결합하여, 세포 내 분자의 화학적 특성까지 동시에 분석할 수 있습니다. 이러한 연구는 바이오 이미징의 새로운 패러다임을 제시하며, 질병 진단, 신약 개발, 세포 생물학 연구 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다. 미래에는 인공지능 기반의 이미지 분석 및 자동화된 분자 동역학 추적 기술과 결합하여, 더욱 정밀하고 신속한 바이오 이미징 플랫폼으로 발전할 전망입니다.

연구실은 표면 플라스몬 공명(SPR) 현상을 극대화하여 초고감도의 바이오센서 개발에 집중하고 있습니다. 표면 나노구조 기반의 감도 향상, 타겟 분자 동시 국소화, 금속 나노입자와의 결합, 메타플라스모닉스 설계 등 다양한 혁신적 접근법을 통해 기존 SPR 센서의 한계를 극복하고 있습니다. 특히, 메타물질과 플라스모닉스의 융합을 통한 메타플라스모닉스 센서는 기존보다 훨씬 높은 민감도와 선택성을 제공합니다. 이러한 센서 기술은 단일 분자 수준의 바이오마커 검출, 질병 조기 진단, 환경 모니터링 등 다양한 응용 분야에서 활용되고 있습니다. 예를 들어, 나노갭 어레이, 무질서 나노섬, 금속 나노입자 조합 등 복합 구조를 설계하여, 표면 근접장과 타겟 분자의 중첩을 극대화함으로써 신호 대 잡음비를 크게 향상시켰습니다. 또한, 머신러닝 기반의 설계 및 최적화 기법을 도입하여, 센서의 성능을 체계적으로 예측하고 개선하고 있습니다. 이러한 연구는 바이오센서의 실시간, 비표지(label-free) 검출 능력을 획기적으로 높이며, 차세대 진단 플랫폼의 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다. 앞으로는 다양한 생체 환경에서의 적용성 확대, 다중 타겟 동시 검출, 휴대형 센서 개발 등으로 연구가 확장될 예정입니다.

본 연구실은 휴대형 형광 검출 시스템과 바이오칩 기반 광학 센서의 개발에도 선도적인 역할을 하고 있습니다. 단일축 3차원 형광 측정, 에피형광 측정, 장기 3D 세포 배양 등 다양한 바이오칩 응용을 위한 광학 검출 기술을 연구하고 있으며, 장내-뇌 축(gut-brain axis) 등 복잡한 생체 시스템의 실시간 분석을 가능하게 하는 플랫폼을 구축하고 있습니다. 이러한 기술은 현장 진단(point-of-care), 실시간 세포 분석, 미세유체 칩 기반의 다중 장기 칩(multi-organ-on-a-chip) 등 다양한 바이오메디컬 응용에 활용되고 있습니다. 예를 들어, 미세유체 칩과 결합된 표면 플라스몬 공명 센서, 라만 분광 시스템 등은 세포 내 신호전달, 엑소좀 이동, 약물 반응 등 복잡한 생체 현상을 정밀하게 측정할 수 있습니다. 또한, 휴대형 광학 검출기는 임상 및 현장 환경에서 신속하고 정확한 진단을 지원합니다. 이러한 연구는 미래 바이오센서 및 진단기기의 소형화, 자동화, 고성능화에 기여하며, 개인 맞춤형 의료, 원격 진단, 신약 개발 등 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 이끌고 있습니다.