Surface Plasmon Resonance (표면 플라즈몬 공명) 소개 2탄


글쓴이: Alex Jang

작성일: 2014년 1월 21일 (수정일: 2020년 5월 30일)


1탄이 서론이었다면, 2탄에서부터는 본론으로 넘어가보겠습니다.

1탄에서 Kretchmann 방식의 각도 가변형 SPR 장치로 한정했다는점 기억해 주시고요.

일단 기본 측정 개념을 확인해보죠.


<그림 1. Kretchmann configuration>

일단 Kretchmann 방식은 그림 1과 같은 구성 (configuration)을 따릅니다.

한번 진지하게 그림 1을 보시죠...

프리즘이 있습니다. (왜 프리즘이 필요하지?...라는 의문을 갖는다면 매우 정상입니다.)

프리즘과 금 박막 유리 칩 (gold coated sensor chip)이 뭔가에 의해 부착이 되는 형태고요.

그 뭔가라는 놈은 일회성 접착제 (matching oil이나 점착성 film) 정도로 생각하면 되겠습니다.

그리고 프리즘의 경사진 측면으로 광이 입사되고, 골드 박막에 도달한 후 다시 반사되어 나갑니다.

(이때 입사광의 evanescent wave와 골드 박막의 surface plasmon wave과 resonance를 일으킵니다. 물론 특정 각에서 일어나죠...) 

뭐 대강 그림을 살펴보았습니다.

이제 의문점을 하나하나 풀어나가 보죠.

프리즘...이라... 어떤 역할일까요?

프리즘(n=1.50 이상, 유리의 경우)은 공기의 굴절률 (n=1.00)에 비해 매우 높습니다.

즉 골드 막에 도달 하기전 매질의 굴절률을 높혀 줌으로써 SPR 현상이 발생되게 해주는 역할을 합니다. 두번째는 광이 각을 변화시키면서 입사하는 것이 중요한데요,

그러기 위해서도 그림 2와 같은 프리즘 형태가 필요합니다. 그냥 평면으로 입사시킬 경우

매우 높은 각이 아닌경우 대부분 하층부에서 전반사가 되어 골드막에 도달하지 못하겠죠?

느낌이 조금이나마 오셨나요? 이제 조금 어려운 말들을 해보려고 합니다.

물리적 현상으로 전반사 (total internal reflection) 현상이 있습니다.

고매질에서 저매질로 빛이 입사될 때 특정 각 이상에서 입사된 빛이

전부 반사되는 현상을 말합니다.

SPR 현상은 바로 전반사 현상이 일어나는 상태에서 발생됩니다.

고매질과 저매질의 경계면에 금속 박막이 있으면 바로 SPR 현상을 관찰할 수 있죠.

그것이 윗 그림입니다. 프리즘은 고매질이고, 금속박막 윗쪽으로 공기이거나

유체 또는 얇은 막정도가 될 것입니다.

이 상태에서 특정각 이상으로 광이 입사되면 전반사가 되다가 어느 특정 각에서

전반사되지 않고 광이 모두 흡수되어 버리는 아주아주 기이한 현상이 발생됩니다.

그것이 바로 SPR 현상이죠. 바로 그것입니다.

여기서 금속박막은 전자구름 (plasmon)이 있는 물체인 것이죠.

즉 1탄 서두에 SPR 정의를 설명할 때 전자구름과 외부자극 즉 광의 에너지가 공명을 이뤄

SPR 현상이 발생된다고 했었죠.

이제 조금 이해하셨나요? 정말 깊이 있게 들어가지 않았습니다.

깊게 들어가면 전체 글의 흐름을 벗어날 수 있어서 이정도로만 설명드립니다.

다음 기회가 있으면 깊게 들어가는 부분을 한 챕터로 해서 설명드리죠.

일단 이정도로 2탄를 정리하고요, 3탄에서는 Kretchmann configuration을 이용해서 바이오

물질간의 결합을 확인하는 실제 측정에 대해서 이야기 해 보죠~~~

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