셀룰로오스-종이형 표면강화 라만 산란(SERS) 기판은 경제적인 고성능 분자 센서를 구축하는 데 유망한 것으로 보고되었다. 그러나 기존의 종이 기반 SERS 기판 제조 방법은 복잡하다. 이에 본 연구에서는 간단하고 친환경적인 공정인 건식 플라즈마 환원(DPR, dry plasma reduction)을 적용하여 Au 나노입자(AuNP)가 함침된 셀룰로오스 섬유 표면을 갖는 종이 기반 SERS 기판을 개발하고자 하였다. DPR 동안 주입된 풍부한 전자에 의해 섬유 표면에 사전 흡착된 Au 이온을 환원하였고, 고에너지 Ar 이온 폭격을 통해 AuNP로 성장시켰다. 나노미터 스케일의 간극과 SERS 핫스팟을 갖는 AuNP가 풍부해진 AuNP–셀룰로오스 종이의 섬유 표면은 광대역 흡수와 1.7 × 107에 달하는 큰 SERS 증강 인자(SERS enhancement factor)를 나타냈다. AuNP–셀룰로오스 종이의 SERS 감도를 활용하여 불법적으로 첨가된 우유 오염물질인 멜라민을 무표지(label-free)로 검출하였다. 이 AuNP–셀룰로오스 종이는 시료 전처리 후 우유에서 혼입된 멜라민에 대해 낮은 검출한계(23 nM(2.9 ppb))를 보였을 뿐 아니라, 전처리 없이도 분유 및 저지방 우유에서 30초 이내에 멜라민 0.2 ppm을 신속하게 검출할 수 있었으며, 이는 주성분 분석(PCA, principal component analysis) 방법의 지원을 받았다. 저비용이며 저-ppb 수준의 무표지 분자 감지를 가능하게 하는 AuNP–셀룰로오스 종이는 환경 및 생의 biomedical(의료) 응용을 위한 실현 가능한 SERS 센서가 될 수 있다.
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