나노기술과 분광학적 기법의 급속한 발전은 높은 감도와 선택성을 갖춘 바이오센서의 개발을 가속하였다. 나노스케일 메타서피스는 저(低) 응답성과 분자 특이성 등 기존 광학 방법의 한계를 잠재적으로 극복할 수 있다. 복잡한 생물학적 현상에서 발생하는 미세한 생화학적 변화를 분석하기 위한 유망한 접근법 중 하나는 테라헤르츠(THz) 메타서피스를 사용하는 것이다. 여기서는 생체모사 환경에서 신경전달물질 역학을 정밀하게 모니터링할 수 있도록 이중 선택적 테라헤르츠 나노디스크 메타서피스를 개발하는 것을 목표로 한다. 바이오감지 수용체를 모사하는 나노디스크를 갖춘 기능화된 테라헤르츠 메타서피스를 활용하여, 분자 유형과 공명 주파수 모두에 대해 선택적인 바이오센서를 개발하였다. 이 센싱 플랫폼은 세로토닌-나노디스크 결합 및 수용액 주변 효과와 관련된 분자 간 변화를 인지함으로써 현저하게 향상된 감도와 특이성을 보장한다. 제안된 바이오센서는 복잡한 생화학적 상호작용을 연구하는 데 효율적인 도구를 제공할 수 있으며, 의생명 진단 및 신경과학 연구에 적용될 수 있다.

신경전달물질 동역학을 탐구하다: 생체모방 인간 바이오센서 시스템 내에서 발생하는 분자 동역학을, 특히 수중 환경에서 광학적으로 조사하는 일은 도전적인 연구 분야로 여겨져 왔다. 테라헤르츠 분광 도구의 분광학적 역량이 제공하는 큰 장점을 바탕으로, 나노디스크-하이브리드화된 나노스케일 메타표면에 의해 보조되는 독특한 바이오센싱 플랫폼이 제안되었다. 센싱 성능은 테라헤르츠 장이 강하게 국소화되고 크게 증강되는 광학 핫스팟에서 일어나는 수용체-리간드 상호작용을 가능하게 하도록 결정되었으며, 이는 메타표면의 특정 주파수를 표적화함으로써 제어되었다. 보다 자세한 내용은 Hyun Seok Song, Minah Seo 및 동료 연구진의 논문 2504858호에서 확인할 수 있다.

나노기술과 분광학적 기법의 급속한 발전은 높은 감도와 선택성을 갖춘 바이오센서의 개발을 가속하였다. 나노스케일 메타서피스는 저(低) 응답성과 분자 특이성 등 기존 광학 방법의 한계를 잠재적으로 극복할 수 있다. 복잡한 생물학적 현상에서 발생하는 미세한 생화학적 변화를 분석하기 위한 유망한 접근법 중 하나는 테라헤르츠(THz) 메타서피스를 사용하는 것이다. 여기서는 생체모사 환경에서 신경전달물질 역학을 정밀하게 모니터링할 수 있도록 이중 선택적 테라헤르츠 나노디스크 메타서피스를 개발하는 것을 목표로 한다. 바이오감지 수용체를 모사하는 나노디스크를 갖춘 기능화된 테라헤르츠 메타서피스를 활용하여, 분자 유형과 공명 주파수 모두에 대해 선택적인 바이오센서를 개발하였다. 이 센싱 플랫폼은 세로토닌-나노디스크 결합 및 수용액 주변 효과와 관련된 분자 간 변화를 인지함으로써 현저하게 향상된 감도와 특이성을 보장한다. 제안된 바이오센서는 복잡한 생화학적 상호작용을 연구하는 데 효율적인 도구를 제공할 수 있으며, 의생명 진단 및 신경과학 연구에 적용될 수 있다.

신경전달물질 동역학을 탐구하다: 생체모방 인간 바이오센서 시스템 내에서 발생하는 분자 동역학을, 특히 수중 환경에서 광학적으로 조사하는 일은 도전적인 연구 분야로 여겨져 왔다. 테라헤르츠 분광 도구의 분광학적 역량이 제공하는 큰 장점을 바탕으로, 나노디스크-하이브리드화된 나노스케일 메타표면에 의해 보조되는 독특한 바이오센싱 플랫폼이 제안되었다. 센싱 성능은 테라헤르츠 장이 강하게 국소화되고 크게 증강되는 광학 핫스팟에서 일어나는 수용체-리간드 상호작용을 가능하게 하도록 결정되었으며, 이는 메타표면의 특정 주파수를 표적화함으로써 제어되었다. 보다 자세한 내용은 Hyun Seok Song, Minah Seo 및 동료 연구진의 논문 2504858호에서 확인할 수 있다.

나노포토닉 소자에서 극적인 색상 조절을 달성하려면 공진 파장과 그에 상응하는 전기장 분포를 포함하여 빛-물질 상호작용에 대한 심층적 이해를 바탕으로 나노구조를 최적화해야 한다. 본 연구는 정밀한 색상 조절을 위해 열 보조 나노입자 재배열(heat-assisted nanoparticle rearrangement)을 엄밀하게 조사한다. 가시 파장에서 나노입자 거동을 추적할 수 있도록, 다층 금속–유전체–금속 필름, 플라즈모닉 나노입자 어셈블리(plasmonic nanoparticle assembly), 플루오로폴리머 유전체, 그리고 금속 미러 층으로 구성된 Fabry–Pérot(FP) 에탈론이 제안된다. 제어된 실험과 시뮬레이션을 통해 FP 에탈론에서의 물리적 구성요소들의 역할, 특히 광학 캐비티 두께와 상단 층의 충전율(filling fraction)을 조사한다. 연속적인 가열 공정 중 나노입자들의 동적 거동을 통해 색상 변이를 향상시키기 위해, 유전체 층으로 유동성 폴리머 필름을 준비하고 색상 조절 가능성을 체계적으로 평가한다. 본 연구는 금 나노입자의 함침(submergence)과 융합(coalescence), 그리고 주변 폴리머 필름의 동시 수축을 포함하는 나노입자의 열 보조 동적 거동에 초점을 둔다. 그 결과를 바탕으로, 금 나노입자의 광열(photothermal) 효과에 의한 레이저 매개 국소 색상 조절을 수행하며, 이는 색 인쇄(color printing) 기법으로의 잠재적 응용을 목표로 한다.

표준화된 전기화학 및 색도계(컬러메트릭) 메커니즘을 사용하는 웨어러블 땀 센서의 최근 발전은 사용자에게 건강 상태를 총체적으로 대변할 수 있는 기회를 제공한다. 그러나 표준화된 땀 센서가 갖는 제약은 개인화된 건강 관리의 구현을 지속적으로 어렵게 하는 문제로 남아 있다. 본 연구는 전기영동 디스플레이(EPD)를 이용하여 색도계(EC) 데이터를 가역적으로, 그리고 다회 반복 사용 가능하도록 하는 색도계 데이터 시각화 플랫폼을 제시한다. 이 플랫폼은 CIELAB 기반 방법론을 통해 피부(표피) 땀 센서에서의 저전력 EPD 적용을 평가하였으며, 이는 웨어러블 디스플레이 성능을 체계적으로 평가하기 위한 최초의 평가 도구이다. 또한, 본 플랫폼은 유산염(lactate) 역치(LT)를 검출할 수 있음을 입증하기 위해 사람의 운동 시험에서 적용되었다. 이 디지털 색도계 시스템은 다양한 건강 모니터링 바이오마커를 통합함으로써 중추적 역할을 수행할 잠재력을 지닌다. 높은 감도를 바탕으로 실시간적이고 연속적이며 조절 가능한 범위 정보를 제공하는 한편, 본 플랫폼은차세대 웨어러블 피부(표피) 센서로서의 광범위한 가능성을 검증한다.