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Preparation of Plasmonic Nanopartcles Functionalized with Graphene Oixde and their Application to Optical Detection of Aromaitc Volatile Oraganic Compunds

그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 나노입자의 제작 및 방향족 휘발성 유기화합물의 광학적 검출로의 응용

초록/요약 도움말

금속 나노입자의 국부적 표면 플라즈몬 공명 현상은 민감도와 선택도가 높고, 나노미터 단위의 분해능를 가지기 때문에 이를 이용한 물질의 광학적 검출이 많이 연구되고 있다. 이러한 검출 방법은 플라즈모닉 입자와 검출 물질간의 생물학적 혹은 화학적 결합을 기반으로 이루어진다. LSPR을 기반으로 한 방향족 휘발성 유기화합물의 검출은 환경 모니터링이나 바이오의학 분야에서 응용이 필요하지만, 플라즈모닉 입자의 표면과 결합력이 약하기 때문에 LSPR을 이용한 검출이 어려웠다. 이 논문에서는, 그래핀 산화물로 기능화된 플라즈모닉 나노입자를 이용하여 상온에서 비표지 방식으로 방향족 휘발성 유기화합물을 검출할 수 있는 간단하지만 혁신적인 검출 방법을 제시하였다. 이 방법은 검출물질과 그래핀 산화물 간의 파이-파이 결합력을 이용한 것이다. 금나노입자의 표면에 그래핀 산화물을 정전기적 인력을 통해 부착하기 위해, 80 nm 크기의 금나노입자의 표면을 poly(allylamine hydrochloride) (PAH)로 코팅한 후, 그래핀 산화물 용액으로 처리하였다. 단일 나노입자의 공명 신호의 상당한 변화를 관찰함으로써 그래핀 산화물의 부착을 입증하였다. 그런 다음, 그래핀 산화물로 기능화된 나노입자에 다양한 종류의 방향족 휘발성 유기화합물을 노출시키고, 그때의 공명 위치의 변화를 관찰함으로써 합성된 입자의 검출 능력을 체계적으로 연구하였다. 실험 결과, 공명 신호의 상당한 장파장으로의 이동을 통해 톨루엔과 벤젠을 선택적으로 검출할 수 있었다. 또한, 자일렌과 클로로폼의 실험을 통해 톨루엔과 벤젠에 대한 선택도를 추가적으로 확인하였다.

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초록/요약 도움말

Localized surface plasmon resonance (LSPR) of metallic nanoparticles has been extensively exploited for the optical detection of trace molecules due to high sensitivity, selectivity, and nanometer-scale resolution. These detection methods critically rely on either specific biological or chemical interactions between metallic nanoparticles and target molecules. LSPR-based detection of aromatic volatile organic compounds (VOCs) which has a strong implication in environmental monitoring and biomedicine has not been realized yet due to poor affinity of VOCs to the surface of the metallic nanoparticle. Herein, I propose the simple, yet innovative sensing strategy for label-free detection of aromatic VOCs that utilizes single gold nanoparticle functionalized with graphene oxides (GO). The proposed method benefits from specific pi-pi interaction between VOCs and GO. In order to functionalized gold nanoparticle with GO via an electrostatic interaction, individual 80 nm gold nanoparticles were coated with poly(allylamine hydrochloride) (PAH), followed by the exposure to GO solution. The sequential attachment of PAH and GO onto the surface was also confirmed by noticeable red-shift in the resonance position of single nanoparticles. Next, the sensing capability of as-prepared gold nanoparticles functionalized with GO for aromatic VOCs was studied systematically by examining the resonance position after treatment with a wide variety of VOCs. As a result, in case of toluene and benzene, the resonance position of single nanoparticles was significantly shifted. Selectivity for toluene and benzene was also confirmed by additional experiment with xylene and chloroform showing the slightly shift of signal.

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