표면탄성파 바이오센서 (Surface Acoustic Wave Biosensor)
쉽게 풀면
압전 결정 위에 빗살 모양 전극을 만들고 교류 전압을 걸면, 결정 표면을 따라 잔물결 같은 탄성파가 퍼져 나갑니다. 전파 경로에 항체 같은 인식물질을 붙여 두면, 표적 분자가 결합할 때 표면의 질량과 점탄성이 바뀌어 파의 속도와 세기가 달라집니다. 반대편 전극에서 이 위상·주파수 변화를 읽어 표적의 양을 알아냅니다.
왜 중요한가
표지(형광 등) 없이 실시간으로 분자 결합을 잴 수 있고, 반도체 공정으로 작게 만들 수 있어 휴대형 진단, 병원체·독소 검출 연구에서 주목받습니다. 표면파로 액체 방울을 움직이는 미세유체 조작과 결합하는 연구도 활발합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
액체 속에서도 에너지 손실이 적은 파동 모드를 골라 생체 시료를 측정한 예입니다.
조금 더 깊게 보면
순수한 레일리파는 표면에 수직 방향 진동 성분이 있어 액체와 닿으면 에너지가 크게 새어 나가므로, 액상 바이오센서에는 표면과 평행하게 흔들리는 전단수평(SH) 표면파나 얇은 도파층에 에너지를 가둔 러브파(Love wave) 모드가 주로 쓰입니다. 동작 주파수는 보통 수십 MHz~GHz로 QCM(수 MHz~수십 MHz)보다 높아 원리상 질량 감도가 높습니다. 기판으로는 수정, 탄탈산리튬, 니오브산리튬 등이 쓰입니다.
주의할 점
수정진동자 미세저울 바이오센서(QCM)는 결정 전체의 두께 방향으로 진동하는 체적탄성파(BAW)를 쓰는 반면, SAW 센서는 표면에 에너지가 모인 파동을 쓴다는 점에서 소자 구조와 파동 모드가 다릅니다. 둘 다 압전 바이오센서의 하위 유형이며, 신호 변화에는 질량뿐 아니라 점도·온도·전기전도도 영향도 섞이므로 기준 채널로 보정해야 합니다.