오스카 대학(Osaka University)의 연구진은 유전체 코팅을 이용해서 이온성 용액 속에 터널링 전류를 더 정밀하게 측정할 수 있는 기계적으로 제어 가능한 접합 분리(mechanically controllable break junction, MCBJ) 장치를 디자인하는데 성공했다. 이 장치는 DNA와 RNA와 같은 단일 분자를 검출하는 바이오센서로서 이상적이다. 

MCBJ는 용액 중의 단일 분자 전자 수송을 측정하는데 사용될 수 있는 나노크기의 전극 갭을 포함하고 있다. 또한 과학자들은 뉴클레오티드와 같은 생물 분자를 식별하는데 최근에 이 장치를 사용하기 시작했고, DNA 속의 4 개의 서로 다른 유형의 핵염기(nucleobase)가 전극 갭을 통과할 때 독특한 터널링 전류를 생성하기 때문에 이것들을 확실하게 구별할 수 있다는 것을 발견했다. 

그러나 천천히 변화하는 암전류(background current)로 인해서 이런 분자들이 전극 표면에 상대적으로 큰 이온 전류를 생성할 수 있다는 문제점을 가지고 있다. 터널링 전류에 대한 이런 이온 변화는 데이터를 수집할 때 차감할 수 있지만, 실제 측정 동안에 이것을 보정하는 것이 훨씬 더 좋은 방법이다. 이러한 방법은 단일 분자의 전기 신호의 해석을 더 쉽게 할 수 있게 하고 분석되는 신호 속에 더 작은 잡음을 이끌 수 있다. 이것은 단일 분자에 의해서 생성되는 매우 작은 터널링 전류를 검출할 때 매우 중요하다. 

이번 연구진은 인청동(phosphor bronze) 기판 위에 폴리이미드 층을 형성함으로써 MCBJ를 만들었다. 그 후에 이번 연구진은 화학 기상 증착에 의해서 생성된 25 nm 두께의 SiO2 박막으로 폴리이미드 층을 코팅했다. 이 제조 기술은 리소그래피 방법을 이용해서 접합 분리를 만드는 것과 거의 동일하지만 주요 차이점은 폴리이미드가 코팅된 금속 기판을 SiO2으로 증착시킨다는 것이다. 기존의 접합 분리 장치는 폴리이미드 층 위에 주로 형성된다. 

이번 연구진은 Cr/Au/Cr 층으로 접합 분리를 코팅했고, 장치의 전체 표면이 완전히 보호될 수 있도록 표면을 충분한 두께의 SiO2 층으로 증착시켰다. 이번 연구팀은 인청동 기판을 구부려서 수축을 통해 접합이 부서지게 함으로써 간단하게 접합 분리를 만들었다. 결과적으로, 이번 연구진은 단지 나노미터 크기를 가진 Au의 파단면을 만들었고, 이것은 용액 속의 터널링 전류를 측정하는데 사용될 수 있었다. Au 표면의 나머지 부분은 SiO2로 덮여 있기 때문에 측정된 전류에 대한 이온 기여를 최소화할 수 있었다. 

이 장치는 DNA와 RNA와 같은 단일 분자의 터널링 전류를 측정하는데 매우 이상적일 것이다. 그리고 SiO2 피복이 이런 측정 동안에 이온 전류를 완화하기 때문에, 분자를 식별할 때 신호-대-잡음(signal-to-noise) 비율을 향상시키는데 도움을 줄 수 있을 것이다. 이 연구결과는 Journal of Applied Physics에 “Fabrications of insulator-protected nanometer-sized electrode gaps”라는 제목으로 게재되었다(http://dx.doi.org/10.1063/1.4869135).  

* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』