This paper describes the achievement of highly sensitive surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) via an integrated three-dimensional liquid-core/liquid-cladding waveguide. The cladding flow enclosed the core flow in both the horizontal and vertical directions within a single-layered microfluidic channel, and the laser beam was guided through the core stream. Deionized water was used to suspend SERS-active silver nanocolloids to form the core fluid, and 2,2,2-trifluoroethanol was used as the cladding fluid. Dipicolinic acid, commonly used as a biomarker for the detection of Bacillus anthracis, was employed as the target analyte. The sensitivity of the SERS signal was enhanced through this design because the signals backscattered from the analytes accumulated along the core stream and increased the SERS detection volume. The SERS data was evaluated in terms of analyte concentration in the core fluid, irradiated laser power, and the cross-sectional area of the core stream, and it was compared to the results obtained with conventional SERS detection approach in order to quantify the enhancement factor. The detection limit of concentration, 50 nM at acquisition time of 6 sec, was a factor of 35 smaller than that of conventional methods.
표면증강라만(SERS)을 기반으로 분자단위의 물질을 좀 더 민감하게 측정 할 수 있는 기술을 개발하는데 많은 연구가 진행 되고 있다. 이러한 이유는 기존의 매우 약한 라만신호를 금속입자를 통해 라만신호를 104배 이상 향상 시키므로써, 분자단위의 측정이 가능하게 되었기 때문이다.
현재 전형적인 SERS를 이용한 방법으로는 SERS-active substrate라 불리는 금속입자를 deposition한 판위에 analyte droplet을 떨어뜨린 뒤 증발시켜 analyte molecule들을 SERS-active substrate에 고착시켜 신호를 측정하는 방법이 있다. 하지만 최근 환경 모니터링, 국방분야 등에 적용하기 위해서는 실시간으로 측정하는 방식이 제안되어야 한다. 따라서 전형적인 SERS-active substrate를 이용한 경우는 이러한 요구를 충족시켜주지 못하고 있다. 실시간 측정을 가능케 하는 연구로는 마이크로 채널을 이용해 alnlyte를 silver colloid와 혼합하여 흘려 보내면서 측정하는 방법과, 마이크로 채널 바닥을 SERS-active substrate화 시킨 뒤 흘리면서 실시간으로 측정하는 방법이 연구되었다. 이러한 방법으로 실시간 측정은 가능하게 되었음에도, SERS-active substrate 위에 말려서 측정하는 방법과 비교했을 때 민감도가 상당히 떨어지는 단점이 있다. 이러한 실시간 측정 장치에서의 민감도를 향상시키는데도 많은 연구가 진행 되고 있지만, 부가적으로 전기적, 광학적 힘을 가하여 analyte와 금속입자간의 결합을 강화시키는 방법으로 분석물질의 농도를 짙게하는 원리를 사용하거나, 다른 방법으로는 광도파관에 분석물질을 흘려보내면서 측정하는 방법으로 즉, 분석물질의 면적을 늘리는 방법이 사용되고 있다.
본 연구에서는 실시간 측정을 위한 SERS용 광도파관을 순수 유체의 유동을 이용해 구현하고자 한다. 광도파형식을 통해 실시간측정의 단점인 민감도를 보완하고, 부가적인 공정이 필요하고 또 비용이 드는 광도파관 제작이 필요없이 One-step으로 SERS seonsor를 만드는데 목적이 있다. 유체를 이용한 광도파관의 장점은 이 뿐만 아니라, 코어의 크기를 분석물질에 맞게 조절함으로써, 최적의 분석물질만을 가지고 측정을 가능케 할 수 있다.
