호흡으로 당뇨병 진단…고성능 가스 센서 개발

연세대 김형준 교수팀 "대기오염 측정 정밀도 12배 이상 높아"

당뇨병 환자가 내뿜는 극미량의 아세톤을 감지할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국연구재단은 연세대 김형준 교수 연구팀이 이차원 소재인 이산화텅스텐을 이용해 1ppm 이하 매우 적은 양의 아세톤과 이산화질소를 검출할 수 있는 가스센서를개발했다고 2일 밝혔다.

꿈의 신소재라 불리는 '그래핀' 등으로 대표되는 이차원 소재는 한 층으로 된 2차원 물질로, 두께가 원자 수준으로 얇아 전기·화학적 특성이 우수하다.

부피에 비해 표면적이 넓어 주변 환경에 민감하게 반응하기 때문에, 최근 이차원 소재를 가스센서에 응용하려는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.

호흡에 의한 질병 진단뿐만 아니라 대기오염을 측정하거나 산업현장에서 가스누출을 확인할 때 활용할 수 있다.

하지만 기존 이차원 소재로는 가스가 누출됐는지 여부만 확인할 수 있고, 특정가스를 검출하기는 어려웠다.

이차원 소재는 소재의 두께에 따라 전기적 특성이 달라지기 때문에 균일하게 합성해야 하는데, 기존 화학기상증착법(CVD·화학물질이 기판 위에 막을 형성하도록하는 방법)으로는 대면적으로 균일한 박막을 만드는 데 어려움이 있었다.

연구팀은 산화텅스텐 박막에 황하공정(산소가 황으로 치환되는 공정)을 통해 10cm 이상 면적이 넓고 균일한 이산화텅스텐을 합성했다.

특정 가스에 대한 반응성을 높이기 위해 이산화텅스텐 표면에 은 나노선을 균일하게 코팅해 3나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 두께의 얇은 가스센서를 개발했다.

아세톤의 경우 0.5ppm의 농도에서도 검출할 수 있어 기존 센서에 비해 성능이 1천배 이상 향상됐다.

당뇨병 환자의 호흡에는 1.8ppm 이상의 아세톤이 포함돼 있어, 비혈액 당뇨병진단 기술에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

또 은 촉매 반응에 의해 이산화질소 검출 성능이 기존 기술보다 12배 이상 높은것으로 나타났다.

가스센서의 소재가 얇아 초소형 센서와 휘어지는 유연한 소자 등에 적용할 수있다고 연구팀은 설명했다.

김형준 교수는 "이번 기술을 무선 통신 기술과 결합해 사물인터넷(IoT)의 웨어러블 센서 등으로 활용할 수 있을 것"이라고 기대했다.

이번 연구는 한국연구재단의 글로벌프론티어 사업(미래창조과학부 소관)의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano)에 지난달 24일자로 실렸다.

jyoung@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>