1. 본인 및 본인 랩 소개

저는 광주과학기술원 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수님 지도하에 플렉서블 광전자 연구실(https://www.gist-foel.net/)에서 박사과정을 하고 있는 유영진입니다. 저는 학부연구생으로 연구실 생활을 시작하여 현재는 박사과정 3년차입니다. 저희 연구실은 발색 구조, 수동 복사 냉각 구조, 생체모방 광소자 등 나노포토닉스에서부터 광학계 및 광전소자까지 다양한 광학 관련 연구를 진행중입니다. 지도교수님을 포함한 연구원들의 활발한 연구 토론과 도움을 주고받으며 흥미로운 주제들과 함께 다양한 광학 관련 연구를 하고싶은 학생들이 있다면 추천드립니다.

2. 본인 연구 소개

전 세계적인 코로나 바이러스 사태에서 알 수 있듯이, 유해물질을 빠르게 감지하고 정확하게 판별해 내는 기술이 점차 중요해지고 있습니다. 특정 물질이 닿으면 색이 변하는 비색센서 (colorimetric sensor)는 직관적인 시각정보를 활용하여 어떤 물질의 존재나 상태를 확인할 수 있습니다. 최근 산업현장이나 일상에 존재하는 유해물질과 반응하여 색이 변하는 하이드로겔이나 고분자 중합체에 대한 연구가 활발합니다. 이번 연구에서 저희 연구팀은 눈에 보이지 않는 작은 유해입자를 감지하기 위해 M13 바이러스를 이용하였습니다. 섬유다발 모양의 M13 바이러스의 미세 입자가 침투하면 부피가 변하는 특성을 이용하여 파지 코팅층의 두께가 변함에 따라 쬐여주는 빛의 간섭양상이 변하면서 색깔이 변하는 현상을 이용한 것입니다. 즉각적인 색 변화 유도를 위해 바이러스 구조물을 아주 얇게 60 nm 두께로 만들었고, 매우 얇은 바이러스 층에서 뚜렷한 색을 구현할 수 있도록 초박막 발색 구조를 설계하여 센서 플랫폼으로 적용하였습니다. 이에 따라 수분흡착이나 수분제거에 따른 반응속도를 100-200 ms 수준으로 빠르게 구현하였고, 수십 ppb 수준의 매우 낮은 농도의 휘발성 유기화합물 및 환경호르몬을 감지할 수 있었습니다.

이번 연구는 초박막 공진 구조의 발색 특성을 M13 바이러스의 동적 반응 특성과 융합함으로써 각각의 장점을 극대화하였습니다.저희가 설계한 초박막 공진 구조는 단순한 박막 구조로써 대면적 제작이 용이하며 다른 반응성 물질과의 융합 구조 설계에 유리하다고 생각됩니다. 따라서, 반응성 있는 고분자 물질부터 그래핀과 같은 2D 물질, 항원과 같은 바이오 물질을 저희 초박막 구조에 적용하여 다양한 컬러 센서를 개발할 수 있다고 생각됩니다. 또한, 저희 구조는 초박막 구조로써 플렉서블/웨어러블 소자에도 적용할 수 있어서 차세대 감지 센서로의 발전이 기대됩니다. 따라서, 이러한 반응성 물질 및 소자 연구를 하시는 분들 과의 공동연구는 언제나 환영입니다. 관심있으신 분들은 편하게 문의해 주셨으면 합니다.

3. 본인이 필요한 연구

저는 주로 다양한 나노 구조를 이용한 발색에 관한 연구를 진행해왔습니다. 이번 연구에서도 제가 연구해왔던 초박막 발색 구조를 이용하여 주변 환경에 따라 색이 바뀌는 센서를 개발하였습니다. 이렇듯 이전에 제가 연구해왔던 발색 구조들을 이용하여 단순히 색을 내는 것이 아닌 기능적인 응용 연구를 하고자 합니다. 제가 연구하는 구조들은 기존의 염료나 안료를 사용하여 색을 내는 방식과 달리 광학적인 구조적 특성으로 색을 띄게 됩니다. 매우 얇거나 작은 구조로 색을 낼 수 있고 주변 환경에 따라 민감하게 변하게도 할 수 있기 때문에 다양한 센서들과 융합하여 매우 작은 크기의 바이오 물질들도 감지할 수 있는 차세대 스마트 센서 응용 연구를 하고자 합니다. 그러기 위해서는 다양한 반응성 및 감지 물질에 대한 연구가 필요합니다. 저희는 광학 구조에 대한 연구를 주로 하다 보니 감지가 필요한 유해 물질 및 바이오 물질에 관한 지식이 많이 부족합니다. 그래서 관련 분야의 연구자 분들 과의 연구교류 및 공동연구가 활발히 이뤄졌으면 좋겠습니다. 특히, 최근 바이러스 관련 이슈들이 붉어지고 있는데 광학구조를 이용하여 항원-항체 반응과 같은 미세한 변화를 시각적으로 감지할 수 있는 컬러 센서를 개발할 수 있다면 연구적으로 큰 의미가 있을 것 같습니다.

4. 후배 연구자에게 해주고 싶은 이야기

저는 연구에서 대화를 중요하게 생각 합니다. 처음 대학원에 진학을 해서 연구를 수행하게 되면 어디서부터 뭘 해야 할지 모르는 막막함을 느끼는 순간들이 많을 겁니다. 그럴 때 혼자 생각에 갇혀서 고민하지 말고 주변 동료 연구자들과 생각을 공유해보기를 추천합니다. 저도 힘든 순간이 많았지만 주변 동료 연구자들의 도움으로 지금까지 연구활동을 이어올 수 있었습니다. 또한, 다른 연구진들과 공동연구를 진행하는 데 있어서 의사소통이 잘 되어야 좋은 연구 결과를 도출해 낼 수 있다고 생각합니다. 도저히 해결할 수 없을 것 같던 일들도 같이 고민하다 보면 어느 순간 해결책을 찾고 연구결과물로 이어지는 경험들이 제가 연구를 좋아하는 이유이고 계속 연구를 할 수 있게 하는 원동력인 것 같습니다.

4. 감사의 말

먼저, 제가 학부생 때부터 연구에 흥미를 가질 수 있도록 지도해주신 송영민 교수님께 감사드립니다. 때로는 연구동료로서 때로는 선배님처럼 편하게 대해 주신 지도 교수님 덕분에 좀 더 도전적이고 큰 목표를 갖고 연구를 할 수 있었던 것 같습니다. 그리고 저와 함께 연구를 수행한 고주환 연구원에게도 고맙다는 말 전해주고 싶습니다. 항상 열정적이고 성실하게 연구에 임해주어서 의지도 많이 되었고 단기간에 좋은 성과들을 낼 수 있었던 것 같습니다. 저희와 함께 적극적으로 공동연구를 진행해 주신 부산대 오진우 교수님, 김원근 연구원께도 감사의 말씀 전해드립니다.  끝으로 일일이 언급은 못했지만 항상 도움을 주고 힘이 되어주는 연구실 동료들에게 고맙다는 말 전하고 싶습니다. 항상 응원하겠습니다.