Surface Plasmon Resonance (표면 플라즈몬 공명) 소개

2020년 5월 30일 업데이트됨

Surface Plasmon Resonance 

표면 플라즈몬 공명


글쓴이: Alex Jang

작성일: 2014년 1 월 3일 (수정일: 2020년 5월 30일)


일단 용어부터가 어렵습니다.

조금 풀어서 간단하게 정의해 보면

"금속 박막 표면의 전자 구름(모임) 과 외부자극 (광에너지)이 특정 환경(조건)에서 공진하는 현상 " 정도가 되겠습니다. 물리적 용어 내음새가 물씬 나면서 몇번 읽어도 피부에 와 닿지가 않습니다. 너무 함축적이라 그런것이겠죠. 저도 처음 이 용어를 접했을때 그 낯설음이란....


그림을 보면서 우리가 직접 눈으로 확인(관찰)할 수 있는 현상을 설명드리겠습니다.

윗 그림의 노란색 Gold chip을 쉽게 거울이라고 생각해 봅시다. 이 거울에 레이저포인터로 레이저 광을 쏴주면 (또는 입사시키면) 어느 각도로 입사를 시켜도 광은 반사가 됩니다. 상식적인 현상일 것입니다.

그런데 이 거울에 광이 들어오는 방향으로 그림과 같이 프리즘이라는 실린더형 렌즈를 장착합니다. 그리고 입사각을 0도에서 90도로 변경하면서 입사시켜보면 어느 특정 각도에서 마치 마술과 같이 광이 사라지는 현상을 관찰 할 수 있습니다. 즉 입사된 광을 마치 Gold chip이 삼킨 것 같은 일이 벌어진 것이죠... 신기합니다. 바로 이것이 SPR 현상이라고 할 수 있겠습니다.

이 현상을 이용한 장치가 SPR 바이오센서, SPR 장치, SPR 이렇게 명명되고 있죠...

이렇게 물리적 언어로만 가득 찬 장치는 현재 주로 생물/화학분야에서 대부분 이용됩니다.

연구자들이 SPR 장치로 데이터를 얻었을 경우, SPR의 현상 및 센싱 원리를 파악하고 있어야 더 훌륭한 결과를 얻고 더 올바른 해석을 할 수 있기 때문에 SPR 현상 및 센싱 기본 원리를 아는 것은 중요하다고 생각합니다.

이제 첫번째 포스팅인데요, 실은 이 장치를 약 15년간 써보고, 만들어 보고, 연구해 본 저로서도 어디서부터 설명을 해야 할지 고민스러운 부분이 많습니다.

또한 이 글을 관심있게 보시는 분들이 어떤 전공을 가지고 계시냐에 따라서도 제 설명 순서가 많이 달라져야 할 것입니다.

뭐 어찌 되었건 SPR 입문자가 알기 쉽도록 지금부터 잘 설명해보도록 하겠습니다.

아! 수학적 표현을 해 가며 물리적 이론을 설명하지는 않겠습니다.

그런 것을 원하셨다면 좋은 review 논문을 보시는 것이 좋을 것 같습니다.

이 글은 어디까지나 교과서와는 다르게 입문자가 피부에 와 닿을 수 있도록 하는 컨셉으로 접근해 볼 것입니다.


이제 시작해보죠!!

SPR 현상을 이용한 센싱방법도 굉장히 다양합니다. 전체를 다루면 혼란만 야기할 것 같아, 앞으로 설명드리는 SPR 센싱 원리에 관한 것을 Kretchmann 방식의 각도 가변형 SPR에 국한시켜서 설명을 할 것입니다.

Kretchmann은 연구자 이름입니다. 위의 그림에 나와있는 구성이 바로 이 분이 고안한 방식입니다.

초기 연구자 중 한명이고요. 최초로 SPR과 관련하여 논문 발표한 사람은 Wood 선생님인데요, Kretchmann 선생님이 그 분보다 더 많이 알려진 분이라고 할까요...

현재 사용 (판매)되고 있는 대부분의 SPR 장치가 이 분이 고안한 방식을 따르기 때문에 아마도 그럴것입니다.

실제로도 사용해보면 가장 안정적이고, sensitive한 결과를 얻을 수 있다고 생각됩니다. (제 생각으론 그래요...안정성과 민감도가 둘 다 충족된다는 점에서요...)

그리고 각도 가변형 (angular interrogation)이란 것은 각도를 변화시키면서 뭔가

측정한다는 얘기겠죠?

그럼 설명 범위를 설정하였으니, 다른건 신경안쓰고 편하게 설명드리겠습니다.


두번째 포스팅을 기대해 주세요.

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