남좌민 연구실의 대표 연구축 가운데 하나는 플라즈모닉 금속 나노구조를 정밀하게 설계하고, 이를 이용해 빛-물질 상호작용을 극대화하는 것이다. 특히 금속 나노입자 사이의 초미세 간격(nanogap)을 제어하여 강한 국소 전자기장 증강을 구현하고, 이를 기반으로 표면증강 라만 분광법(SERS)의 민감도와 재현성을 동시에 향상시키는 연구를 수행한다. 단일 분자 수준의 검출을 가능하게 한 라만 활성 나노덤벨 연구와 다성분 플라즈모닉 나노입자에 대한 체계적 연구는 이 연구실이 화학적 합성, 광학 특성 제어, 분석 응용을 통합하는 역량을 갖추고 있음을 보여준다. 이 연구실은 단순한 금속 나노입자 제조를 넘어, 이종 금속 및 금속-반도체 복합 나노구조, 비등방성 구조, 나노큐브 및 나노갭 프로브 등 구조적으로 정교한 나노재료를 합성하고 조립하는 데 강점을 가진다. 이러한 구조에서는 입자의 조성, 형태, 계면, 간격이 플라즈몬 공명과 결합 세기, 산란 특성, 에너지 전달 효율을 좌우하므로, 합성 단계에서의 정밀 제어가 핵심이다. 연구실은 DNA 기반 조절, 자가조립, 이종구조 형성, 다종 헤테로 나노구조 설계 등을 활용하여 원하는 광학 특성을 갖는 나노플랫폼을 구현하고, 이를 통해 정량적이고 확장 가능한 분광 분석 기술을 개발한다. 이러한 연구는 차세대 바이오센싱, 분자 진단, 나노포토닉스, 양자 및 광전자 응용으로 확장될 수 있는 기반 기술이라는 점에서 중요하다. 최근 프로젝트에서 추진되는 금속-반도체 비등방성 이종구조의 자가조립 초구조체 연구는 플라즈모닉 기능과 반도체 기능을 결합하여 더욱 고도화된 광응답 시스템을 지향한다. 결과적으로 이 연구 분야는 기초 화학과 재료 설계, 광학 분석, 바이오 응용을 연결하며, 초민감 분자 검출과 정밀 신호 증폭을 위한 핵심 플랫폼으로 자리매김하고 있다.

남좌민 연구실은 나노구조의 광학적·화학적 특성을 활용하여 고감도 바이오센서와 질병 진단 기술을 개발하는 데 집중해 왔다. 연구실의 나노바이오 연구는 생체분자, 핵산, 단백질, 이온, 질병 관련 바이오마커를 빠르고 정확하게 검출하는 것을 목표로 하며, 특히 플라즈모닉 나노프로브와 라만 신호를 활용한 비표지 또는 저표지 정밀 분석에 강점을 보인다. 유전체 DNA 검출, 노로바이러스 검출, 알츠하이머병 조기진단, 뇌의 세포외 칼륨 농도 모니터링 등 다양한 주제가 축적되어 있어, 기초 센서 개발에서 실제 생의학 문제 해결까지 폭넓게 연구가 이어지고 있다. 최근에는 표면증강 라만 분광법과 인공지능을 결합한 질병 진단 시스템 개발이 두드러진다. 알츠하이머병 조기진단 프로젝트에서는 혈장 시료로부터 얻은 라만 스펙트럼을 스펙트럴 바이오마커로 활용하고, 이를 AI 모델이 분석하여 환자군을 구분하는 접근을 취한다. 이는 나노소재 기반 신호 증폭 기술과 데이터 기반 패턴 해석 기술을 융합한 연구로, 기존의 침습적이거나 고비용인 진단법을 보완할 수 있는 액체생검형 플랫폼으로 발전할 가능성이 크다. 또한 초고감도 다중검지 바이오센서를 위한 플라즈몬 증강 FRET 연구는 라만 외에도 형광 기반 분석과 결합하여 다중 모드 진단으로 확장되는 흐름을 보여준다. 이 연구 방향은 분석화학, 나노의학, 중개연구를 아우르며 실제 임상 적용 가능성을 높인다는 점에서 의미가 크다. 연구실은 환자 샘플 기반 진단 시스템, 생체 내 이온 측정용 나노센서, 바이오지문 스펙트럼 분석 등으로 응용 스펙트럼을 넓혀 왔고, 대학·병원·산업체 협력을 통해 실용화를 지향하고 있다. 따라서 이 분야의 연구는 초민감 검출 기술을 넘어, 조기 진단, 비침습 분석, 정밀의료를 실현하기 위한 플랫폼 기술로서 연구실의 핵심 정체성을 잘 드러낸다.

남좌민 연구실의 또 다른 중요한 연구 분야는 지질 이중층과 나노입자를 결합한 생체모사형 인터페이스 플랫폼이다. 연구실은 나노입자-지질 이중층 복합계를 통해 세포막과 유사한 유동성, 생체분자 상호작용, 표면 이동성 등을 모사하고, 이를 분석 플랫폼 또는 기능성 시스템으로 활용하는 연구를 전개해 왔다. 이러한 접근은 생체환경을 단순 고정 표면이 아니라 동적이고 조절 가능한 2차원 계면으로 재현한다는 점에서 차별성이 크며, 바이오분석과 세포 상호작용 연구에 적합하다. 특히 지질 나노타블렛, 지질 나노필러 어레이, 나노입자-고정 리셉터와 이동성 플로터를 포함하는 장치 관련 특허는 이 연구실이 단순 관찰용 플랫폼을 넘어 정보처리와 신호 연산이 가능한 나노시스템을 설계하고 있음을 보여준다. 분자 입력을 저장하거나 전달하는 나노 입자 메모리, 반응 결과를 출력하는 리포터, 명령 분자에 따라 동작하는 플로터 개념은 바이오컴퓨팅과 스마트 센싱의 경계를 연결한다. 또한 이러한 플랫폼은 막단백질 검출, 분자 이동 제어, 집적형 생체분석, 비표지 센싱에 적합하여 생명과학과 화학, 나노공학의 융합 지점을 형성한다. 이 연구 방향은 향후 생체모사 진단칩, 지능형 바이오센서, 분자 수준 논리연산 장치로 발전할 가능성이 크다. 더 나아가 3차원 면역-신경 스키노이드, 세포 공배양용 전달성 막, 막기반 분석 플랫폼 연구와도 연결되어 조직 환경 모사와 대체시험법 개발로 확장되고 있다. 즉, 이 연구는 생체막 인터페이스를 정밀 제어 가능한 화학 시스템으로 재구성함으로써, 분석 기술과 계산 기능, 생물학적 재현성을 동시에 확보하려는 차세대 나노바이오 플랫폼 연구라고 할 수 있다.