본 연구실은 1차원 나노채널, 특히 단일벽 탄소나노튜브(SWNT)를 활용한 분자 및 이온 수송 현상에 대한 심층 연구를 수행하고 있습니다. 탄소나노튜브는 원자 수준의 매끄러운 표면, 1~2nm의 작은 직경, 그리고 매우 높은 종횡비를 지니고 있어 나노스케일에서의 수송 현상을 연구하기에 이상적인 소재입니다. 연구팀은 나노튜브의 내부뿐만 아니라 외부 표면을 따라 이온과 분자가 어떻게 이동하는지, 그리고 이러한 특성이 새로운 분자 분석 및 센서 기술로 어떻게 확장될 수 있는지 탐구합니다. 특히, 외부 표면을 통한 이온 및 분자 수송의 특이성을 활용하여 광학적 특성 분석 도구를 개발하고, 나노채널의 포어 입구 엔지니어링을 통해 신경펩타이드 등 생체분자의 단분자 수준 분석을 실현하고 있습니다. 이 과정에서 전기장, 표면 기능화, 나노구조 설계 등 다양한 공정 및 이론적 접근법을 결합하여, 기존 한계를 극복하는 혁신적인 실험 플랫폼을 구축하고 있습니다. 이러한 연구는 나노유체역학, 생체모사 나노채널, 차세대 센서 및 분자분석기술 등 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 물질의 선택적 수송, 에너지 저장, 환경 정화, 생명현상 모사 등 다방면의 파급효과를 기대할 수 있습니다.

연구실은 살아있는 신경세포에서 방출되는 신경펩타이드의 극미량 분석을 위해 마이크로/나노기술과 질량분석(MALDI-MS) 기반의 혁신적 분석법을 개발하고 있습니다. 신경펩타이드는 신경계에서 중요한 신호전달 분자이지만, 극소량 존재하고 높은 염 농도, 샘플 희석 및 손실 등으로 인해 기존 분석법으로는 정밀한 측정이 어려웠습니다. 본 연구실은 미세유체 칩, 나노패턴 표면, 도넛형 표면 패턴 등 다양한 미세구조를 활용하여 신경펩타이드의 효율적 수집, 농축, 탈염 및 정량 분석을 실현하고 있습니다. 특히, 탄소나노튜브 및 그래핀 등 나노소재와 결합된 표면 패턴을 통해 극미량의 신경펩타이드도 높은 민감도와 선택성으로 검출할 수 있으며, MALDI-MS와 결합하여 공간 분포 및 동적 변화를 시각화할 수 있습니다. 또한, 신경세포의 선택적 자극 및 방출 펩타이드의 시간적 패턴 분석, 단일 세포 수준의 분비량 정량 등 신경과학 및 생명과학 연구에 필수적인 기술을 제공하고 있습니다. 이러한 연구는 신경계 질환의 조기 진단, 신경전달물질의 작용 메커니즘 규명, 신약 개발 등 다양한 바이오의료 분야에 응용될 수 있으며, 극미량 생체시료 분석의 새로운 패러다임을 제시합니다.

본 연구실은 단일벽 탄소나노튜브, 그래핀 등 1차원 및 2차원 탄소나노소재를 기반으로 한 고감도, 고선택성 가스 센서 개발에 주력하고 있습니다. 탄소나노소재는 분자 결합에 매우 민감하여 화학작용제(CWA), 유해 산업가스(TIC), 환경오염물질 등 다양한 기체를 초저농도(ppb~ppt) 수준에서 신속하게 검출할 수 있습니다. 연구팀은 나노소재 표면의 기능화, 인쇄전자 기술, 습윤성 조절, 인공지능 기반 신호분석 등 다양한 융합기술을 적용하여 센서의 선택성, 내구성, 실시간 모니터링 성능을 극대화하고 있습니다. 특히, 인쇄형 컬러리메트릭 페이퍼, 슈퍼소수성 마스크, 액체금속 복합체 등 혁신적 소재 및 공정을 도입하여, 방독면, 환경 모니터링, 개인보호장비, 식품안전 등 다양한 응용 분야로 확장하고 있습니다. 또한, 센서 어레이 및 모듈화 기술을 통해 가스 혼합물의 정량적 분석, 서비스 수명 예측, 실시간 경보 시스템 등 실용적 솔루션을 제공하고 있습니다. 이러한 연구는 산업안전, 국방, 환경보건, 바이오의료 등 사회 전반에 걸쳐 안전과 건강을 지키는 핵심 기반기술로 자리매김하고 있으며, 미래형 스마트 센서 및 융합 시스템 개발의 선도적 역할을 수행하고 있습니다.