플라즈모닉 나노구조는 금속 나노입자와 금속 박막 사이에 형성된 나노갭을 활용하여 빛과 물질의 상호작용을 극대화하는 기술입니다. 이종민 연구실은 표면증강 라만산란(SERS) 기판, 나노입자-온-미러(NPoM) 구조, 그리고 다양한 형태의 금속 나노입자 어셈블리를 통해 나노미터 수준의 정밀한 갭 제어와 우수한 광학적 특성을 구현하고 있습니다. 이러한 연구는 센서의 민감도와 정밀도를 크게 향상시키며, DNA, 단백질, 유기화합물 등 다양한 타겟 물질의 초고감도 검출이 가능합니다. 특히, 연구실은 나노갭의 크기와 분포를 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 제작 공정(예: 듀얼 드웻팅, 미세피펫 기반 자기조립 등)을 개발하여, 대면적에서 균일한 센서 기판을 구현하는 데 성공하였습니다. 이를 통해 SERS 신호의 재현성과 균일성을 확보하였으며, 실제 바이오센서, 환경센서, 식품 안전 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 기반 기술을 확보하였습니다. 또한, 금속 나노입자의 표면 형태(페이싱, 다면체 등)가 플라즈모닉 특성에 미치는 영향에 대한 수치해석 및 실험적 연구도 활발히 진행되고 있습니다. 이러한 플라즈모닉 나노구조 연구는 차세대 광센서, 나노광학 소자, 에너지 소자 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있으며, 연구실은 관련 특허와 논문을 다수 발표하며 국내외적으로 높은 평가를 받고 있습니다. 앞으로도 나노미터 수준의 정밀 제어와 새로운 광학 현상 발굴을 통해 혁신적인 센서 및 광전자 소자 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.

이종민 연구실은 박테리오파지(M13 bacteriophage)를 활용한 바이오-나노 융합 센서 및 인공 후각 시스템 개발에 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 박테리오파지는 유전공학적으로 표면 특성을 조절할 수 있어, 다양한 타겟 분자에 대한 선택적 결합이 가능합니다. 이를 이용해 컬러리메트릭 센서, 전자코(e-nose), VOC(휘발성 유기화합물) 검출기 등 다양한 바이오센서 플랫폼을 개발하였으며, 실제 농산물 숙성 모니터링, 환경 유해가스 감지, 질병 진단(예: 폐암 진단) 등 실용적인 분야에 적용하고 있습니다. 연구실은 박테리오파지 기반 센서의 민감도와 선택성을 높이기 위해, 표면 펩타이드 서열을 최적화하고, 다중 어레이 센서 구조 및 딥러닝 기반 신호 분석 기법을 도입하였습니다. 이를 통해 복잡한 환경에서도 높은 분별력과 신속한 응답성을 확보하였으며, 실제 호흡가스 기반 질병 진단에서 75% 이상의 진단 성공률과 86% 이상의 분류 성공률을 달성하였습니다. 또한, 박테리오파지-금속 나노구조 복합체를 활용한 광학적 신호 증폭, 바이오하이브리드 양자점 개발 등 다양한 융합 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 연구는 저비용, 대면적, 휴대용 센서 개발에 적합하며, 환경 모니터링, 식품 안전, 헬스케어 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 앞으로도 박테리오파지의 유연한 표면 설계와 나노구조 제어 기술을 결합하여, 차세대 바이오센서 및 인공 후각 시스템의 상용화에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.