Science
열을 감지하는 나노입자
장종엽엔에스
2009. 12. 21. 10:42
| KISTI 『글로벌동향브리핑』 2009-12-14 | ||||||||
온도 센서는 매우 다양한 응용 분야에 적용된다. 예를 들면 항공 산업, 의료 사업, 특히 암치료를 위한 진단과 치료 분야에서 사용되고 있다. 온도를 측정하는 것에는 다양한 방법들이 존재하지만, 발광(luminescence)을 이용한 측정법은 상처를 주지 않고 정확하게 진단이 가능하다. 특히 강한 전자기장 하에서도 정확한 측정이 가능한 것이 장점이다. 기존에도 프랑스 과학자들은 원자힘 현미경(atomic force microscope) 팁(tip)의 끝에 형광 입자를 붙여서 나노크기 주사 열 센서(scanning thermal sensor)를 개발하였다. 이 나노온도계(nanothermometer)는 좋은 온도 감도와 높은 측면 해상도를 가지고 있어서 전류로 전원이 공급되는 마이크로장치나 나노장치의 가열을 관찰할 수 있다. 형광물질들의 광 방출 강도는 그들이 외부 자극에 의해서 가열될 때 일반적으로 감소되고 온도가 너무 높게 되면 완벽하게 소멸될 수 있다. 이 효과는 국부 영역의 온도를 탐지할 수 있는 새로운 종류의 열 센서를 개발하는데 사용될 수 있다. 이 연구에서 움직일 수 있는 열 센서를 만들기 위해서 날카로운 원자힘 현미경 팁의 끝에 작은 형광 입자를 접착시켰다. 이 입자는 에르븀(erbium)과 이테르븀(ytterbium) 이온으로 도핑된 불소 유리로 구성되었다. 이러한 기술은 마이크로전기장치나 나노전기장치의 열적 특성이나 나노구조 사이의 열 이동을 연구하는데 매우 유망하다. 또한 이 기술은 AC 전류와 액체 환경에서 작동될 수 있다. 지금까지 단지 세포내에서 정확한 온도를 측정하는 방법은 아주 제한적이었다. 현재 독일의 루젠버그 대학교(University of Regensburg)와 중국 베이징 지아오통 대학교(Beijing Jiaotong University)의 연구원들은 유로피움 나노입자를 이용하여 아주 정확하게 생체 온도 범위에서 온도를 감지할 수 있다고 보고 하였다. 더욱 빛에 안정적인 성능을 부여하기 위하여 오토 울프베이스(Otto Wolfbeis) 박사와 공동 연구원들은 온도에 민감한 유로피움(III) 탐침을 폴리메틸 메타크릴에이트(poly(methyl methacrylate))라는 고분자 기반에 주입하고, 표면을 실리카를 이용하여 나노입자를 형성하기 위하여 코팅하였다. 이러한 나노입자의 크기는 20에서 30나노미터의 직경을 가졌다. 이 나노입자는 온도가 50°C 이상 증가하면 형과 성질이 감소하였다. 특히 온도의 정확도는 ±0.3°C의 편차를 보였다. 형광 수명 영상을 이용하여 나노입자가 함유된 대면적의 센서 박막은 온도에 따라서 매우 균일한 성질을 보여주었다. 또한 외부 공기의 압력에 의한 외부 영향은 나타나지 않았다. 이러한 나노입자는 실제 생체 온도인25?45 °C에서 적용이 가능하고, 향후 실제 세포의 온도를 측정할 수 있을 것으로 여겨진다. 참고문헌: Peng, H. et al. Luminescent europium(III) nanoparticles for sensing and imaging of temperature in the physiological range. Adv. Mater. doi:10.1002/adma.200901614 (2009).
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