그래핀 결합 라벨프리 테라헤르츠 바이오센싱 및 영상

Graphene-Enabled Label-Free THz Bio-sensing and Imaging

연구 내용

그래핀과 테라헤르츠 메타물질 공명을 결합하여 표지 없이 미생물·바이오분자·뇌조직의 흡수/전달 변화를 정량 검출하고 영상 대조도를 향상시키는 연구

테라헤르츠 대역에서 분자 흡수 및 전자기장 국소화를 활용해 라벨프리 바이오 검출 성능을 확보하는 연구를 수행합니다. 그래핀의 튜닝 가능한 전기광학 특성과 나노슬롯 공진 구조를 결합하여 공진 주파수 내부의 강한 장강도를 유도하고, 표적 ssDNA 흡착에 따른 전달 신호 변화를 관측합니다. 또한 대면적 테라헤르츠 메타물질 기반 플랫폼과 광학 파라미터 추출·데이터 처리 접근을 통해 뇌조직 등 실제 시료에서 영상 대조도를 개선합니다. 공진기 대칭성 파괴 설계를 통해 Fano 공명을 형성하고, 공명과 분자 고유 공진의 매칭을 기반으로 분별 감도와 선택성을 높이는 차별성을 보유합니다.

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연구 흐름

초기에는 그래핀-결합 나노슬롯 테라헤르츠 공진 구조를 이용해 ssDNA를 라벨 없이 저농도에서도 구분 가능하도록 검출 원리를 정립했습니다. 이후 대면적 테라헤르츠 메타물질을 적용하여 뇌조직의 라벨프리 영상화 가능성을 확장하고, 전달 스펙트럼과 감쇠 특성을 기반으로 영상 대조 형성 메커니즘을 분석했습니다. 2022년에는 흡수 단면 및 회절 한계를 넘어서는 메타표면 기반 감지 프레임을 다루기 위해 신호 처리와 파라미터 추출 알고리즘을 병행했습니다. 2023년에는 대칭성 파괴 단위 공진기와 Fano 공명을 설계해 스테로이드 등 표적 분자에 대한 선택적 분별 성능을 이론·수치 시뮬레이션으로 검증하는 방향으로 심화했습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

라벨프리 분자 검출
테라헤르츠 바이오 이미징
점착성 분석용 THz 프로파일링
임상 진단 보조 센서
조직 병변 대조 향상
분자 분별용 메타물질 센서
표지 없는 핵산 분석 플랫폼
흡수 스펙트럼 기반 정량화
원거리 비접촉 스크리닝
고감도 THz 분광 검출기 설계