심근경색 바이오마커 cTnI의 검출한계 5.8 pg/mL 달성…저비용·재사용 가능한 3D SERS 기판 개발
한양대학교 에너지바이오학과 이승현 교수 연구팀(나노종합기술원·인천대학교 공동연구)은 열처리한 다공성 니켈 폼 위에 균일한 금 나노구조를 형성한 고감도 SERS 활성 기판을 개발해 심장 트로포닌 I(cTnI)를 pg/mL 수준으로 검출하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.
표면 증강 라만 산란(SERS)은 극미량 분자 검출이 가능한 강력한 분석법이지만, 신뢰도와 재현성 확보의 핵심인 ‘핫스팟’의 균일한 생성이 어려워 상용화에 제약이 있었다.
연구진은 이 문제를 해결하기 위해 다공성 니켈 폼을 800°C에서 열처리하여 미세 돌출(그레인) 구조를 형성한 뒤, 그 표면에 금을 균일 증착해 규칙적인 금 나노입자 배열을 구현했다.
3차원 구조 설계로 라만 레이저 초점 부피 내 핫스팟 수를 대폭 늘려 신호를 강화한 것이 핵심이다.
개발된 기판은 경쟁면역분석 형식으로 심근경색 핵심 바이오마커인 cTnI를 pg/mL–1µg/mL 범위에서 안정적으로 검출했으며, 검출한계(LOD)는 5.8 pg/mL로 보고됐다.
저비용 구조체 기반의 SERS 기판 중에서도 뛰어난 성능을 보였고, 복잡한 혈액 시료에서도 높은 민감도와 정확도를 유지한 점이 주목된다. 연구진은 또한 플라즈마 세척을 통해 기판의 재사용 가능성도 확인해 실용화 잠재력을 높였다.
공동 1저자는 한양대 유성훈·박재준 연구원이며, 공동저자로 남동환·김수민 연구원, 정동탁 교수, 이문근 박사 등이 참여했다.
해당 연구는 영국 왕립화학회(RSC) 학술지 Nanoscale Advances에 3월 13일 표지논문으로 선정되어 게재됐다(논문명: Highly Sensitive SERS-active Substrate with Uniform Gold Nanostructures on Heat-treated Ni Foam for Detection of Cardiovascular Disease Biomarker). 연구는 한국연구재단 신진후속·중견연계 과제와 경기도 GRRC 과제의 지원을 받았다.
이번 성과는 SERS 기판의 균일성·재현성 문제를 실용적 수준으로 해결함으로써, 실험실 기반 분석법을 임상 진단 플랫폼으로 전환하는 데 중요한 전진을 의미한다
향후 과제는 대량생산 공정의 확립, 다양한 바이오마커·복합 시료(예: 전혈)에서의 성능 검증, 그리고 현장형(POC) 진단기기와의 통합 및 임상시험을 통한 검증이다. 추가로 소자 신뢰성(반복 재사용시 성능 유지)과 장기 저장성 등도 검증해야 상용화 가능성이 높아질 것이다.
이승현 교수는 “니켈 폼의 열처리를 통한 3차원 나노구조 형성이 이번 연구의 핵심 혁신”이라며 “높은 민감도와 재사용성 확인은 실제 임상 적용 가능성을 크게 높였으며, 향후 진단기기나 바이오센서 산업화로 이어지길 기대한다”고 말했다.