박홍규 고려대학교 교수와 찰스리버 하버드대  교수 공동 연구팀이 전기와 광신호를 민감하게 감지해 측정할 수 있는 1차원 반도체 나노선 극미세 센서를 성공적으로 구현했다고 19일 밝혔다.

1차원 반도체 나노선은 크기가 매우 작고 전기와 광 특성이 우수하다. 수백 나노미터 크기의 트랜지스터와 LED, 태양전지 등을 제작하는데 활용되고 있다.

특히 바이오 센서로 활용되는 반도체 나노선은 뾰족한 끝단을 통해 세포 내 침투가 용이하다. 반도체 나노선을 이용한 생화학 나노선 센서는 생체 내 특정 영역에서 일어나는 생화학 전기적·광학적 변화를 효과적으로 감지할 수 있다.
 
하지만 단일 세포 특정 영역만을 선택적으로 접근해 신호를 감지하는 극미세 나노선 센서 구현에는 한계가 있었다.

공동 연구팀은 실리콘 나노선 한 쪽 끝단에만 반도체 p-n 접합을 형성했다. 나노선 p-n 접합을 통해 특정 영역에서 전기와 광신호를 검출하는 새로운 형태의 나노선 센서를 개발했다.

연구팀은 나노선 센서가 주변 변화에 민감하게 반응하는 화학 센서임을 전해 용액을 이용한 게이트 실험을 통해 밝혔다. 센서 민감도의 90%를 차지하는 나노선 끝부분에 형성된 p-n 접합은 생체 내 특정 영역에서 전기신호를 측정하는데 유용하다.
 
또 연구팀은 나노선 센서가 빛에 민감하게 반응하는 광센서임을 레이저를 이용한 광학 실험을 통해 규명했다.

나노선 센서 광 반응도는 약 0.22 A/W로 기존에 보고된 단일 나노선 센서(광 반응도 약 0.001 A/W)들에 비해 100배 이상 우수하다.

아울러 연구팀은 수직형 나노선 배열 구조를 화학 합성법과 반도체 공정법을 결합해 75% 이상의 수율(투입 수에 대한 완성된 양품의 비율)로 성공적으로 제작했다.

이 구조는 나노선 센서를 구성하는 각각의 소자들이 개별적으로 동작할 수 있으므로 단일 세포의 특정 영역에 대한 신호 측정에 효과적이다.

박홍규 교수는 "극미세 나노선 센서는 세포 내 생화학 반응의 생체 지도를 연구하거나 인공 망막을 구현할 때 유용하게 쓰일 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 미국화학회에서 발행하는 과학 학술지 '나노 레터즈'(Nano Letters)에 6월 27일자로 게재됐다.