호흡만으로 구취 여부를 간단하게 알 수 있는 센서 플랫폼이 개발됐다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 김일두 신소재공학과 교수팀이 삼성전자 종합기술원과 함께 극소량의 나트륨과 백금 촉매를 금속산화물에 기능화해 이와 같은 플랫폼을 구현했다고 28일 밝혔다.
구취 생체지표인 황화수소 가스와 반응성이 높은 나트륨 촉매를 금속산화물 나노섬유 감지 소재 층에 도입, 가스 선택성을 극도로 향상시켰다. 여기에 활성도가 좋은 백금 촉매를 더해 세계 최고 수준 황화수소 감지 성능을 구현했다.
연구팀은 전기방사로 미량의 염화나트륨(NaCl)과 백금 촉매를 다공성 구조 금속산화물 나노섬유에 결착해 센서를 만들었다. 백금 촉매만 결착되거나, 촉매가 결착되지 않은 센서 대비 각각 10배, 200배 이상 감지 특성이 향상됐다. 1ppm 황화수소 가스 감도는 780배 수준으로, 세계 최고 수준이었다. 날숨에 포함된 방해 가스 중 반응성이 좋은 에탄올 가스 대비 약 277배 수준 선택도가 관찰됐다.
또 연구팀은 센서를 상용화된 압력·온도·습도센서와 결합, 날숨을 불어넣는 것만으로도 누구나 쉽게 건강 이상을 판별할 수 있도록 휴대용 복합센서 디바이스 플랫폼화 했다.
80건의 날숨 분석을 진행한 결과, 이번 복합센서 플랫폼이 86.3% 정확도로 구취 유무를 판별할 수 있음을 확인했다. 구취 유무를 지속적으로 모니터링하는 헬스케어 기기에 손쉽게 적용할 수 있다.
김일두 교수는 “기존 센서에 사용되지 않은 알칼리 금속 기반 촉매를 잘 알려진 백금 촉매와 함께 도입함으로써, 질병과 연관된 생체지표 가스에 초고감도 및 고 선택성으로 반응하는 센서 소재를 구현할 수 있었다”며 “누구나 손쉽게 스스로 진단할 수 있는 자가 진단 기기 진보는 의료비 지출 상승을 막고 지속적인 건강관리에 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 공동 제1 저자인 신하민, 김동하 박사과정(KAIST 신소재공학과)과 정원종 전문연구원(삼성전자 종합기술원) 주도로 진행됐으며, 남궁각 전문연구원(삼성전자 종합기술원)과 김일두 교수(KAIST 신소재공학과)가 교신저자로 참여했다.
연구 결과는 나노과학 분야 권위지 '에이씨에스 나노(ACS Nano)' 8월호 표지 논문으로 발행될 예정이다. 미국화학학회(ACS) 위클리 프레스팩(Weekly PressPac)에 7월 21일 자로 소개됐다. 관련 기술은 국내를 포함해 유럽, 미국, 중국에 특허로 출원됐다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
