하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀, 초저농도(~zM) 아트라진 검출을 위한 Cu/Zr 금속 아졸레이트 구조체 기반의 고성능 전기화학 바이오 센서 개발

 

- 국제 저명 학술지 Analytica Chimica Acta (IF: 5.7, JCR ranking 상위 9.9%) 게재 -

 

(좌측부터) 박사 과정 Bhavna S. Hedau,하태준 교수

  모교 하태준 교수 (전자재료공학과) 연구팀은 Cu/Zr이 결합된 이종 금속을 적용하여3차원의 metal azolate framework (MAF)를 제작하였고, 최적화된 표면 개질화 및 초음파 처리를 통해 2차원 구조의 MAF를 기반으로 살충제 잔류물인 아트라진(atrazine) 모니터링이 가능한 전기 화학 방식의 고성능 바이오센서를 개발하는데 성공하였다. 이번 연구 결과는 Elsevier에서 발행하는 분석 화학 분야에서 최상위 국제 학술지인 Analytica Chimica Acta (IF: 5.7, JCR ranking 상위 9.9%)에 Post-synthesis surface modification of Cu/Zr metal azolate framework: A pathway to highly sensitive electrochemical biosensors for atrazine detection 제목으로 게재되었다. (참조: https://doi.org/10.1016/j.aca.2024.343547)

Cu/Zr 이중 금속을 사용한MAF 기반 전기 화학 방식의 바이오 센서

  최근 식량 수요가 증가함에 따라 살충제로 인한 농산물 오염 및 수역의 오염이 큰 사회적 문제가 되면서 이를 검출하기 위해 빠른 반응, 높은 감도 및 선택성을 장점으로 가지는 전기 화학 기반 고성능 바이오 센서 모니터링에 관한 연구가 높은 관심을 받고 있다. MAF는 metal organic framework(MOF)와 유사하게 높은 다공성 구조로 가스 흡착, 촉매 및 저장과 관련된 다양한 응용 분야에 많이 사용되고 있다. 그러나 상대적으로 낮은 전기 촉매 활성 및 화학적 안정성 등의 문제와 같이 초저농도 타겟 물질의 감지가 가능한 고성능 바이오 센서를 구현하기 위해서는 감지층 소재 설계 및 합성 최적화에 관한 연구가 선행되어야 한다. 이에 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 간단한 초음파 처리 방법을 통하여 3차원 MAF를 2차원 구조로 전환시키고 표면 개질화를 통해 감도 및 선택성을 향상시킨 전기 화학 기반의 초저농도 아트라진 감지가 가능한 바이오 센서를 개발하였다. 2차원 MAF는 단위 부피당 표면적이 넓고 분자와의 상호 작용을 증가시켜 가스 흡착, 촉매 및 감지 응용 분야에 유리하다. 또한, 다층 구조로 이루어져 있기 때문에 층 사이에 다양한 물질이나 이온을 삽입함으로써 전기 전도성과 촉매 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 이와 같은 방법을 통해 0.26 zM의 매우 낮은 감지 한계를 가지며, 1zM에서 1M까지의 넓은 선형 범위를 보일 뿐만 아니라 60일 동안 대기 상태에서도 긴 화학적 안정성이 확보된 고성능 바이오 센서를 성공적으로 시연하였다. 한편, 이번 연구는 본교 하태준 교수 연구팀 단독 연구로 진행되었다. 하태준 교수는 지금까지 첨단 재료 및 공정 최적화 연구 기반의 센서 및 에너지 소자와 관련하여 80여편의 논문을 게재했으며, 20여건의 특허를 보유하고 있다. 또한 하 교수는 한국 센서학회의 산학협력이사를 맡고 있으며 제1저자인 박사과정의 Bhavna S. Hedau는 ACS Nano 및 Carbon을 포함한 최상위 국제 학술지에 연구결과를 게재하는 등 뛰어난 연구성과를 보이고 있다.   출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)