스마트 바이오센서는 사용자의 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다는 점에서 상당한 관심을 받고 있으며, 인체 내 다양한 활동 및 바이오마커를 검출하도록 설계된 생체분석 전자장치는 신체 징후 모니터링 및 의료 분야에서의 응용 가능성을 지닌다. 생체전자공학은 데이터 전송을 위해 무선 통신 모듈과의 출력 신호 연계를 통해, 실시간 진단 및 분석을 수행하는 스마트 바이오센서로 사용될 휴대용 장치로 데이터를 전송할 수 있도록 효과적으로 통합될 수 있다. 본 총설에서는 바이오센싱 장치의 과학적 핵심과 스마트 바이오센서 분야의 현재 동향(기능성 소재, 기술적 접근, 센싱 메커니즘, 주요 역할, 건강 모니터링에서의 잠재적 응용 및 과제)을 요약할 것이다. 최근에는 더 스마트한 기능과 향상된 신뢰성을 갖춘 생체분석 센서의 설계 및 제조에서의 진전이 나타나고 있으며, 이로써 이러한 스마트 장치가 실험실에서 임상 분석으로 확장될 전망이 제시된다. 따라서 생체분석 센서에 대한 과학적 핵심의 절들을 지난 후, 생체전자공학에 사용되는 기능성 소재와 기술적 접근에 대한 일반적인 설명을 제시할 것이다. 또한 기계학습 기반 기본 알고리즘의 통합과 관련하여, 생체전자공학을 활용한 스마트 모니터링 및 예측 분석의 확립된 시스템에 대해 면밀히 소개하고자 한다. 이후 생물학적, 임상적 및 의학적 진단에서 이러한 스마트 생체전자공학을 개발하는 데 활용되는 응용과 과제도 분석할 것이다. 마지막으로, 본 총설은 기계학습 알고리즘, 무선 통신 또는 스마트폰 기반 시스템에 의해 보조되는 스마트 바이오센싱 장치의 전망을 제시함으로써, 향후 웨어러블 건강 모니터링을 위한 현재 동향과 과제를 정리하며 결론을 도출할 것이다.

본 총설에서는 나노구조의 충전제-유사 물질과 나노스케일 장벽 고분자 기판을 포함하는 나노강화 복합막(NECMs)에 관한 최신 발전을, 기본 개념, 작동 메커니즘, 활성 물질의 선택, 구조적 설계, 바람직한 효과, 기존의 도전 과제, 그리고 수/폐수 정화를 위한 잠재적 응용까지 포함하여 상세히 요약하고 논의하였다. 본 총설 논문은 수/폐수 정화를 위해 설계된 NECMs에 대한 포괄적 개요를 제안함으로써, 활성 물질, 전략, 또는 기술적이고 혁신적인 접근과 관련된 과제들에 관한 최근의 발전 양상을 이해하고자 한다. 여러 연구자들이 물 또는 폐수로부터 다양한 오염물질을 제거하기 위해 흡착 및 분리에 관한 주요한 성능을 성공적으로 입증해 왔다. 여기서는 나노구조의 충전제-유사 물질과 나노스케일 장벽 고분자 기판을 결합하여 설계된 NECMs가 높은 수준의 흡착 및 분리 성능을 나타내며, 그 결과 최근 수년간 상당한 주목을 받아 왔다. 이러한 NECMs는 나노구조의 충전제-유사 물질을 기반으로 하므로, 특히 NECMs의 구조 설계와 바람직한 효과를 통해 표면 특성을 조절함으로써 막오염(fouling)과 관련된 한계를 해결할 수 있다. 동시에 나노물질의 특정 조성 및 구조의 활용을 통해 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 나노구조의 충전제-유사 물질에 기반하여 구성된 수/폐수 정화용 고도화 NECMs에 대한 포괄적인 안내를 상세히 제공할 것이다. 이에 따라 본 논문은 수/폐수 정화를 위해 그에 상응하고 효과적으로 설계된 NECMs에 대한 포괄적 이해를 제공할 수 있다. 그래픽 초록

반도체–금속 나노복합체는 광전자 소자 및 센싱 응용 분야에 사용되는 재료의 고유 특성을 변화시키기 위해 널리 연구되어 왔다. 본 연구에서는 레이저 보조 광환원(laser-assisted photoreduction)을 통해 MoS2–Ag 나노복합체를 신속하게 합성하는 방법을 제안하였다. 광환원 과정에서 금속 공급원으로 AgNO3 용액을 사용하였다. 레이저 조사 하에서 Ag 이온은 MoS2로부터 광생성된 전자에 의해 MoS2 상에서 쉽게 환원되었다. MoS2–Ag 나노복합체의 광학적 특성은 광환원 시간을 단순히 조절함으로써 용이하게 제어할 수 있었다. MoS2–Ag 나노복합체의 표면증강 라만 산란(SERS) 효과를 조사하기 위해 MoS2–Ag 나노복합체 상의 메틸렌 블루(methylene blue, MB)에 대한 SERS 스펙트럼을 측정하였고, 그 결과 나노복합체가 MB의 라만 산란 세기를 최대 ∼106까지 향상시키는 것으로 나타났다. 따라서 레이저 보조 광환원 방법은 반도체–금속 나노복합체의 신속한 합성과 광학적 튜닝에 큰 잠재력을 지닌다.

하이드록시아파타이트(HAp)와 Fe3O4 나노입자는 생체적합성, 자기적 특성, 안정성에 기인하여 생의학 및 촉매 응용 분야에서 널리 평가되어 왔다. 그러나 입자 응집과 상 분리로 인해 이를 장기적인 콜로이드 안정성을 갖는 균일한 나노하이브리드로 통합하는 일은 여전히 어렵다. 본 연구에서는 초음파 보조 합성에서 구연산을 다기능 안정화 및 킬레이트화 제로 사용하여 HAp@Fe3O4 나노하이브리드를 제조하였다. 구연산 농도(0.2–0.8 wt%)를 체계적으로 변화시키자 계면 결합, 정전기적 안정화, 분산 제어에서 구연산의 결정적 역할이 확인되었다. 푸리에 변환 적외선 및 라만 분광법으로 구연산 흡착이 C=O 및 카복실레이트의 Ca2+와의 배위 결합( HAp )과 Fe3O4에서 Fe2+/Fe3+와의 배위 결합을 통해 일어남을 확인하였으며, 이와 동반하여 인산염 피크 이동과 Fe–O 밴드의 감쇠가 관찰되었다. 제타전위 및 동적 광산란 분석 결과, 분산 안정성은 농도 의존성이 매우 높음을 보여주었다. 물을 대조군으로 하였을 때는 빠르게 침전된 반면, 0.5% 구연산은 정전기적 반발력(초음파 처리 후 제타전위 −13.1 mV)을 균형 있게 제공하여 응집을 감소시키고 균일한 입자 크기(약 1604 nm)를 달성함으로써 가장 안정적인 콜로이드 시스템을 제공하였다. 0.2% 구연산에서는 안정성이 중간 수준이었으나, 0.8% 구연산에서는 초기에는 분산이 향상되었지만 이후 과도한 이온 상호작용으로 인해 재응집이 유도되었다. X선 회절 분석에서는 구연산 함량이 증가할수록 피크 폭이 점진적으로 넓어지면서도 HAp 및 Fe3O4의 상 유지가 확인되었고, 이는 표면 개질 및 결정립 크기 감소를 시사한다. 주사 전자현미경 이미징은 초음파 공동현상과의 시너지 효과로 인해 구연산이 응집체 크기를 감소시키고 분산을 개선했으며, 특히 0.2–0.5% 구연산에서 그 효과가 두드러짐을 보여주었다. 또한 주사 투과 전자현미경-에너지 분산 X선 분광법은 구연산으로 개질된 하이브리드에서 Fe, Ca, P가 균질하게 분포함을 확인하였는데, 이는 물에서 관찰된 원시(프리스틴) Fe3O4의 강한 클러스터링과 뚜렷한 대조를 이룬다. 본 연구 결과는 구연산이 HAp와 Fe3O4 사이를 연결하는 효과적인 분자 브리지로 작용하여, 합성 후 개질 없이 콜로이드 안정성과 구조적 통합을 향상시킨다는 점을 규명한다. 최적화된 하이브리드는 균일한 분산, 조절 가능한 표면 화학, 유지된 결정성 등 생의학적 사용에 바람직한 특성을 나타내어 자기 과열치료, 약물 전달, 골 조직공학 분야의 향후 응용을 위한 기반을 마련한다.

스마트 바이오센서는 사용자의 건강 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있다는 점에서 상당한 관심을 받고 있으며, 인체 내 다양한 활동 및 바이오마커를 검출하도록 설계된 생체분석 전자장치는 신체 징후 모니터링 및 의료 분야에서의 응용 가능성을 지닌다. 생체전자공학은 데이터 전송을 위해 무선 통신 모듈과의 출력 신호 연계를 통해, 실시간 진단 및 분석을 수행하는 스마트 바이오센서로 사용될 휴대용 장치로 데이터를 전송할 수 있도록 효과적으로 통합될 수 있다. 본 총설에서는 바이오센싱 장치의 과학적 핵심과 스마트 바이오센서 분야의 현재 동향(기능성 소재, 기술적 접근, 센싱 메커니즘, 주요 역할, 건강 모니터링에서의 잠재적 응용 및 과제)을 요약할 것이다. 최근에는 더 스마트한 기능과 향상된 신뢰성을 갖춘 생체분석 센서의 설계 및 제조에서의 진전이 나타나고 있으며, 이로써 이러한 스마트 장치가 실험실에서 임상 분석으로 확장될 전망이 제시된다. 따라서 생체분석 센서에 대한 과학적 핵심의 절들을 지난 후, 생체전자공학에 사용되는 기능성 소재와 기술적 접근에 대한 일반적인 설명을 제시할 것이다. 또한 기계학습 기반 기본 알고리즘의 통합과 관련하여, 생체전자공학을 활용한 스마트 모니터링 및 예측 분석의 확립된 시스템에 대해 면밀히 소개하고자 한다. 이후 생물학적, 임상적 및 의학적 진단에서 이러한 스마트 생체전자공학을 개발하는 데 활용되는 응용과 과제도 분석할 것이다. 마지막으로, 본 총설은 기계학습 알고리즘, 무선 통신 또는 스마트폰 기반 시스템에 의해 보조되는 스마트 바이오센싱 장치의 전망을 제시함으로써, 향후 웨어러블 건강 모니터링을 위한 현재 동향과 과제를 정리하며 결론을 도출할 것이다.

본 총설에서는 나노구조의 충전제-유사 물질과 나노스케일 장벽 고분자 기판을 포함하는 나노강화 복합막(NECMs)에 관한 최신 발전을, 기본 개념, 작동 메커니즘, 활성 물질의 선택, 구조적 설계, 바람직한 효과, 기존의 도전 과제, 그리고 수/폐수 정화를 위한 잠재적 응용까지 포함하여 상세히 요약하고 논의하였다. 본 총설 논문은 수/폐수 정화를 위해 설계된 NECMs에 대한 포괄적 개요를 제안함으로써, 활성 물질, 전략, 또는 기술적이고 혁신적인 접근과 관련된 과제들에 관한 최근의 발전 양상을 이해하고자 한다. 여러 연구자들이 물 또는 폐수로부터 다양한 오염물질을 제거하기 위해 흡착 및 분리에 관한 주요한 성능을 성공적으로 입증해 왔다. 여기서는 나노구조의 충전제-유사 물질과 나노스케일 장벽 고분자 기판을 결합하여 설계된 NECMs가 높은 수준의 흡착 및 분리 성능을 나타내며, 그 결과 최근 수년간 상당한 주목을 받아 왔다. 이러한 NECMs는 나노구조의 충전제-유사 물질을 기반으로 하므로, 특히 NECMs의 구조 설계와 바람직한 효과를 통해 표면 특성을 조절함으로써 막오염(fouling)과 관련된 한계를 해결할 수 있다. 동시에 나노물질의 특정 조성 및 구조의 활용을 통해 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서 나노구조의 충전제-유사 물질에 기반하여 구성된 수/폐수 정화용 고도화 NECMs에 대한 포괄적인 안내를 상세히 제공할 것이다. 이에 따라 본 논문은 수/폐수 정화를 위해 그에 상응하고 효과적으로 설계된 NECMs에 대한 포괄적 이해를 제공할 수 있다. 그래픽 초록