홋카이도 대학 그룹과 이무라 재팬 주식회사는 공동으로 태양전지와 플라즈몬을 결합시킨 혁신적인 바이오센서 개발에 성공했다.이것은 항원 - 항체 반응을 이용하여 단백질을 검출하는 표면 플라즈몬 공명 (SPR) 바이오 센서를 소형 장치로 실현할 수 있다고 한다.
이미 실용화된 SPR 센서는 항체의 결합에 기초하여 금속 표면에서 일어나는 약간의 빛의 굴절률 변화를 광학적으로 검출하는 구조이며, 검출 시스템에는 비교적 대형의 장치를 필요로 한다.한편, 이번에 개발한 플라즈몬 바이오센서는 빛을 가두는 기능을 가진 박막 태양전지와 조합함으로써 가두어진 빛과 플라즈몬의 상호작용을 전기적 검출에 이용하고 있어 고감도의 검출과 시스템의 콤팩트 화를 동시에 가능하게 했다.
구체적으로는, 도전성 유리 기판 상에 실리콘을 성막하고, 그 위에 금의 박막을 성막한 센서이다.어느 각도에서 빛을 입사하고 표면 플라즈몬이 유도되면, 빛은 SPR의 여기에 이용되기 때문에 실리콘 내부의 광전류값이 작아지지만, 항원-항체 반응이 진행되면 금 표면의 굴절 비율이 변화하기 때문에 표면 플라즈몬이 유도되지 않고, 광이 실리콘막 내에 갇혀 왕복하는 결과, 강한 광전류가 흐른다.광전류치의 증폭에 의해 단백질을 전기적으로 검출할 수 있고, 항원·항체 검사의 어느 쪽에도 대응 가능하다.
실제로 개발한 플라즈몬 바이오센서에 항체를 화학 수식하고, 항원인 신형 코로나바이러스(SARS-CoV-2)의 뉴클레오캡시드 단백질을 반응시켰는데, 2분 정도로 큰 전기신호 변환이 관측되고, 항원을 정량적으로 계측 가능한 것이 실증되었다고 한다.
플라즈몬의 광학적 변화를 예민하게 전기 신호로 변화시키는 새로운 원리의 개발에 의해, SPR 센서 시스템의 대폭 콤팩트화와 고감도화를 달성했기 때문에, 장래에는, 옷과 같이 착용될 웨어러블 바이오센서로도 응용이 기대된다고 한다.
