실크 단백질을 활용한 금속-절연체-금속 공진기의 공진모드 변화

Abstract

Planar과 multilayered로 이루어진 광소자들은 빛을 조절할 수 있는 소자로 재조명 받고 있다. 그리고 Fabry-Perot을 기반으로 한 금속(Metal)-절연체(insulator)-금속(Metal) 구조를 가진 MIM 공진기는 매운 효율적인 spectral window와 omnidirectional한 특성들을 가진다. 그리고 이러한 광특성들은 화학적, 생물학적 센싱에 매우 효과적이다. 하지만 MIM 공진기에서 절연체로 사용되는 물질은 산화규소와 같은 단단한 물질을 사용하며 절연체 층에 변화를 주기 힘들어 큰 공진모드의 변화를 유도하는 것이 어려운 일이며 미러 층에 변화를 주는 또한 쉽지 않아 공진 모드에 큰 변화를 주는 것이 어려워 공진모드의 큰 변화를 유도하는 것이 쉽지 않다. 하지만 이 절연체 층을 물리적으로 쉽게 변화를 줄 수 있는 물질이 사용되면 큰 공진 모드의 변화를 유도할 수 있다. 실크는 누에고치에서 생성되는 단백질로 대표적인 생체친화 물질이다. 실크는 과거부터 의공학 분야에서 약물 전달, 상처 치료를 위한 피복제 등 다양한 연구가 이뤄지고 있었다. 그뿐만 아니라 실크를 이용하여 구현한 박막(thin film)이나 필름은 광학적으로 투명하고 유연하며 물을 이용하여 선택적으로 쉽게 제거할 수 있다는 장점을 가져 최근에 새로운 광학소재로서 각광받고 있으며 이에 따라 새로운 첨단 소재로서 많은 연구가 이루어지고 있다. 그리고 결정화된 실크 박막은 비결정화 된 실크 박막과 다르게 물에 녹지 않고 오히려 두께가 팽창하는hydrogel한 특성을 가지게 된다. 이 논문에서 우리는 MIM 공진기에 실크 박막을 절연체로 활용했다. 유리 기판 위에 얇게 은(Ag)을 증착하고 그 위에 결정화된 실크 박막을 코팅 후 다시 한 번 은을 증착해 투과 모드를 이용한 MIM 공진기를 제작했다. 그리고 결정화된 실크 박막이 물과 만났을 때 팽창하는 hydrogel의 특성을 이용하여 공진 모드의 변화의 폭을 증가시킬 수 있었고 두께가 팽창하는 정도에 따른 공진 모드의 변화를 측정하기 위해 Isopropyl Alcohol(IPA)-물, 아세톤(Acetone)-물을 이용하여 물 농도에 변화에 따라 팽창하는 두께에 따른 공진 모드의 변화를 측정할 수 있었고 이와 동시에 freestanding 타입의 반사 모드를 이용한 MIM 공진기를 구현했고 UV light를 이용하여 한 개의 MIM 공진기 안에 두 개의 공진 모드를 만들었다. 그뿐만 아니라 pH에 따른 공진 모드의 변화를 측정했으며 닭 가슴살을 이용하여 닭 가슴살의 두께에 따른 반사율 측정했다.