새로운 나노기술은 공기, 액체 및 생체 조직의 불순물의 화학적 조성과 구조를 식별합니다.

2023년 7월 31일

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기존의 테스트 기술을 사용하면 살아있는 유기체와 천연 물질에서 나노 플라스틱, 대기 오염 물질, 미생물과 같은 유해한 오염 물질을 감지하는 것이 어려울 수 있으며 때로는 불가능할 수도 있습니다. 이러한 오염 물질은 테스트를 통해 확실하게 포착할 수 없을 정도로 아주 작은 양으로 발견되는 경우가 있습니다.

그러나 이는 곧 바뀔 수 있습니다. 빛의 "뒤틀린" 상태를 기반으로 하는 새로운 나노기술은 공기, 액체 및 살아있는 조직 샘플에서 불순물의 화학적 구성과 기하학적 형태를 더 쉽게 식별할 수 있게 해줍니다.

바스 대학교(University of Bath)의 물리학자들이 이끄는 국제 과학자 팀이 이 기술에 기여하고 있으며, 이는 새로운 환경 모니터링 방법과 첨단 의학의 길을 열 수 있습니다. 그들의 연구는 Advanced Materials 저널에 게재되었습니다.

최근 떠오르는 화학물질 탐지 기술은 라만 효과(Raman effect)로 알려진 가벼운 물질 상호작용을 기반으로 합니다. 라만 효과는 특정 색상의 빛으로 조명된 물질이 산란되어 빛을 약간 다른 여러 색상으로 변경할 때 발생합니다. 이는 본질적으로 재료 내의 원자가 진동하는 방식에 따라 미니 무지개를 생성합니다.

라만 무지개의 색상을 측정하면 분자 결합이 뚜렷한 진동 패턴을 가지기 때문에 개별 원자 결합이 드러납니다. 재료 내의 각 결합은 조명의 색상과 고유한 색상 변화를 만들어냅니다. 전체적으로 라만 무지개의 색상은 환경 오염 물질의 혼합물에서 발견되는 것과 같은 복잡한 분자의 화학적 구성(화학 결합)을 감지, 분석 및 모니터링하는 역할을 합니다.

"라만 효과는 살충제, 의약품, 항생제, 중금속, 병원체 및 박테리아를 탐지하는 데 사용됩니다. 또한 인간의 건강과 기후에 영향을 미치는 개별 대기 에어로졸을 분석하는 데에도 사용됩니다."라고 Bath 물리학과의 Robin Jones 박사는 말했습니다. 해당 연구의 첫 번째 저자는 누구입니까?

공동 저자인 중국 푸단대학교 환경과학과 리우 장(Liwu Zhang) 교수는 “수생 오염물질은 미량이라도 생물학적 사슬을 통해 살아있는 유기체에 축적될 수 있다”며 “이는 인간의 건강과 동물 복지에 위협이 된다”고 말했다. 일반적으로 복잡한 혼합물의 화학적 구성이 무엇인지 정확히 아는 것은 정말 어렵습니다."

연구를 주도한 바스 대학의 Ventsislav Valev 교수는 "환경에 존재하는 복잡하고 잠재적으로 유해한 오염 물질을 이해하는 것이 필요합니다. 이를 통해 이를 무해한 구성 요소로 분해하는 방법을 배울 수 있습니다. 그러나 그것이 원자가 무엇인지에 관한 전부는 아닙니다. 원자가 배열되는 방식은 매우 중요하며, 특히 살아있는 유기체 내에서 분자가 어떻게 작용하는지에 결정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

"우리 연구의 목표는 라만 효과가 공간에서 원자가 배열되는 방식에 대해 알려줄 수 있는 새로운 방법을 개발하는 것입니다. 이제 우리는 금으로 만든 작은 나선 모양의 안테나를 사용하여 중요한 기술 단계를 밟았습니다."

라만 효과는 매우 약합니다. 1,000,000개의 광자(빛 입자) 중 하나만 색상 변화를 겪습니다. 이를 향상시키기 위해 과학자들은 입사광을 분자로 전달하는 나노 규모로 제작된 소형 안테나를 사용합니다. 종종 이러한 안테나는 귀금속으로 만들어지며 그 디자인은 나노제조 기능으로 인해 제한됩니다.