[SPR(surface plasmon), LSPR(localized surface plasmon), Plasmon effect, 전자 공명]

저번시간에 SERS에 대해 간략하게 이야기 해보았는데요.

설명하던 중 중요한 개념이 있어 글을 새로 다시 써보려고 합니다.

바로 SPR과 Plasmon 현상입니다.

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[SPR(surface plasmon), LSPR(localized surface plasmon)]

 

SPR은 입사한 빛이 일정한 각도에서 금속 박막과 교차할 때 발생하는 국소 표면 전하 밀도의 변화로 인한 흡수 스펙트럼의 변화를 이용하여, 분자의 흡착, 결합, 반응 등을 감지하는 분석 기술입니다. 예를 들면, 신약 개발 분야에서는 SPR을 이용하여 어떤 물질과 상호작용하는지를 분석하고, 항체 연구에서는 항체가 단백질과 결합하는 것을 연구합니다. SPR을 이용하여 바이오 센서를 만들어 COVID-19와 같은 바이러스의 감지에도 활용할 수 있습니다. SPR은 gold flim을 이용하여 생체 분자와 상호작용하는 원리로 작동합니다. LSPR은 SPR보다 작은 나노급 금속 입자의 표면 전하 밀도의 변화로 인한 흡수 스펙트럼의 변화를 이용하여 분자 감지 분석을 수행합니다.

 

SPR(LSPR)의 원리는 금속 입자나 금속 표면에서 자유전자들이 산란되어 생성된 표면 플라스몬이 일정 주파수를 갖는다는 것입니다. 이 주파수는 금속 입자의 크기, 모양, 입자 간 거리, 주변 매질 등에 영향을 받으며, 이를 이용하여 분자나 나노입자의 존재와 농도를 감지할 수 있습니다

둘 다 현재 바이러스 검출에 사용되는 다음 세대의 검출 기술로 각광받고 있습니다. LSPR은 간단한 시스템을 구축하여 광학 반응을 효과적으로 관찰할 수 있어, SPR에 비해 높은 감도를 보입니다. SPR과 LSPR은 평평한 표면에 입사한 빛에 의해 들뜬 상태가 된 표면 플라스몬의 상태를 가리키며, 나노급 금속 입자에서 발생한 표면 플라스몬을 국소 표면 플라스몬 공명이라고 합니다

 

(쉽게 설명해보자면 금속 주위에는 자유전자들이 존재하고 있고 이들이 빛 자극을 받으면 전자기장이 형성되고 전자가 이동하면서 전하의 밀도 분포가 달라지게 됩니다. 즉 전자 구름이 움직이게 되고 상호작용을 하다 일정 주파수가 되어 두 가지의 신호가 맞으면 나노입자와 주변 분자 사이의 공명현상(plasmon)이 생기게 됩니다. 이는 입자의 크기, 모양, 환경, 광학적 특성에 영향을 받게 된답니다.)

 

두 기술의 공통적인 원리는 광원에서 발생한 광을 적정한 각도로 산란시켜, 금속 박막 위에 분자를 고정시킨 후 분자와 금속 표면간의 상호작용으로 인해 생기는 표면 플라스몬 공명 현상을 측정하는 것입니다. 따라서 이들은 생체분자 상호작용을 분석하는 기술로 광학적인 원리를 이용합니다.

 

 

 

 

[LSPR과 SPR 비교]

	LSPR	SPR
공통점	- Surface plasmon resonance	- Surface plasmon resonance
	- Optical phenomenon	- Optical phenomenon
	- Sensitive to changes	- Sensitive to changes in refractive
	in the local environment	index of the medium near the surface
		- Used for label-free detection
		- Measures the refractive index changesat a metal surface
차이점	- Uses nanoparticles	- Uses a thin film of metal
	- More affordable	- More complex and expensive hardware
	- More robust against vibration	- Sensitive to angle of reflected light
	- Excites hot electrons	- Measures the angle of reflected light
		- Does not excite hot electrons

 

LSPR과 SPR은 모두 surface plasmon resonance이라는 광학적 현상을 이용합니다. 그러나 LSPR은 고체 표면 위에 나노 입자를 사용하고, SPR은 금속 박막을 사용합니다. 또한 LSPR은 SPR에 비해 더 작고, 더 강건하며, 열 전달 현상을 이용하여 전기화학 반응을 촉진할 수 있습니다. 그러나 SPR은 반사된 빛의 각도를 측정하는 더 복잡하고 비싼 하드웨어가 필요하지만, LSPR은 이를 필요로하지 않습니다. 따라서 LSPR은 SPR에 비해 더 저렴하고, 더 간편하게 측정할 수 있습니다.

 

SERS를 이해하는데 도움이 되었을까요?

함께 공부하며 이해해봅시다.