나노전기화학은 나노미터 크기의 전극과 나노구조체를 활용하여 전기화학적 반응을 정밀하게 제어하고 분석하는 첨단 연구 분야입니다. 본 연구실에서는 고도화된 나노패브리케이션 기술을 바탕으로 나노포어, 마이크로/나노스케일 디바이스, 마이크로플루이딕 칩, 고분자 멤브레인 등 다양한 나노구조체를 제작하고 있습니다. 이러한 구조체는 전기화학적 측정에 최적화되어 있어, 나노스케일에서의 독특한 현상을 규명하고 새로운 응용 가능성을 모색하는 데 중요한 역할을 합니다. 특히, 고밀도 평행 나노포어 전극 어레이(NEA)는 1~3개의 나노전극이 나노포어(직경 약 10~500 nm)에 내장된 형태로 제작되어, 제한된 부피(typ. V = 10^-18 L) 내에서 나노전기화학적 특성을 정밀하게 조사할 수 있습니다. 이러한 NEA는 이온 및 분자 수송, 전류 증폭 및 정류 현상 등 다양한 연구에 활용되고 있으며, 기존의 전기화학적 분석법보다 월등히 높은 민감도와 선택성을 제공합니다. 나노전기화학 연구는 단순한 분석을 넘어, 바이오센서, 에너지 변환, 약물 전달 등 다양한 실용적 분야로 확장되고 있습니다. 본 연구실은 나노구조 전극의 설계와 제작, 그리고 이를 활용한 새로운 전기화학적 분석 플랫폼 개발을 통해 차세대 센서 및 에너지 시스템의 혁신을 이끌고 있습니다.

바이오센서와 에너지 변환 시스템은 현대 화학 및 바이오공학 분야에서 매우 중요한 연구 주제입니다. 본 연구실은 나노전극 어레이(NEA)와 역전기투석(RED) 기반의 소형화된 바이오센서 및 에너지 변환 장치를 개발하고 있습니다. 이러한 시스템은 높은 민감도와 실시간 모니터링 기능을 갖추고 있어, 박테리아 대사산물, 생체 신호, 환경 오염물질 등 다양한 분석 대상에 대해 신속하고 정확한 검출이 가능합니다. 특히, NEA를 활용한 전기화학적 검출법은 Pseudomonas aeruginosa와 같은 병원성 미생물이 생성하는 페나진 대사산물의 고감도 검출에 성공하였으며, 표면증강 라만 분광법과 결합하여 선택적 검출 능력을 한층 강화하였습니다. 또한, 미니어처화된 플렉서블 패치형 RED 시스템은 저전력 에너지원을 제공하여, 일회용 바이오센서, 웨어러블 디바이스, 약물 전달 시스템 등 다양한 응용 분야에 적용되고 있습니다. 이러한 바이오센서 및 에너지 변환 연구는 의료 진단, 환경 모니터링, 스마트 헬스케어 등 실생활과 밀접한 영역에서 큰 파급 효과를 기대할 수 있습니다. 본 연구실은 전기화학, 나노기술, 바이오공학의 융합을 통해 차세대 바이오센서 및 에너지 시스템의 실용화와 상용화를 목표로 하고 있습니다.

스캐닝 프로브 전기화학(Scanning Probe Electrochemistry)은 전기화학적 미세탐침을 이용하여 촉매 반응, 생물학적 과정, 분자 동역학 등을 실시간으로 공간 분해능 있게 관찰하는 첨단 분석 기법입니다. 본 연구실은 스캐닝 전기화학 현미경(Scanning Electrochemical Microscopy, SECM) 등 다양한 스캐닝 프로브 기술을 활용하여, 계면에서 생성되는 생성물의 촉매 반응 속도와 질량 수송 거동을 정밀하게 측정하고 있습니다. 이러한 연구는 단일 분자 수준에서의 반응 메커니즘 규명, 효소의 산화환원 상태 변화, 생체 내 신호전달 과정 등 미시적 현상을 이해하는 데 필수적입니다. 예를 들어, 전기화학적 제로모드 웨이브가이드(E-ZMW) 구조를 이용하여 단일 효소 분자의 산화환원 반응을 광학적으로 동시에 측정함으로써, 분자 간 이질성과 반응 동역학을 심층적으로 분석할 수 있습니다. 스캐닝 프로브 전기화학 연구는 나노 및 마이크로 환경에서의 반응 특성 해석, 신약 개발, 질병 진단, 환경 분석 등 다양한 분야에 응용될 수 있습니다. 본 연구실은 이러한 첨단 분석 기술을 바탕으로, 분자 수준에서의 새로운 과학적 발견과 혁신적 응용 기술 개발에 앞장서고 있습니다.