매일신문

"십억 분의 일 수준 초저농도 이산화질소 실시간 감지한다"

DGIST 권혁준 교수팀, 미세먼지 주범 이산화질소 실시간 관측 기술 개발
그래핀-금속유기구조체 하이브리드 구조…차세대 헬스케어 기기 적용 기대

DGIST 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수(위)와 임형태 석박사통합과정생. DGIST 제공.
DGIST 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수(위)와 임형태 석박사통합과정생. DGIST 제공.

대구경북과학기술원(DGIST) 전기전자컴퓨터공학과 권혁준 교수팀(제1저자 임형태 석박사통합과정생)은 사람의 폐를 본떠 십억 분의 일 수준의 초저농도 이산화질소를 실시간으로 모니터링할 수 있는 '그래핀-금속유기구조체 하이브리드 가스센서'를 개발했다고 13일 밝혔다.

고성능 센서로 간단한 공정과정, 에너지 효율 및 유연성까지 갖춰 향후 헬스케어 기기에 적용이 기대된다고 연구팀은 설명했다.

미세먼지를 유발하는 주범 중 하나인 이산화질소는 심혈관계 질환 및 퇴행성 뇌질환을 유발하는 치명적인 물질이다. 이산화질소를 관리하기 위해서는 이를 모니터링 할 수 있는 센서의 개발이 중요하다.

이를 위해 권 교수 연구팀은 레이저유도그래핀(laser-induced graphene, LIG)의 하부구조에 1g만으로도 축구장만큼의 표면적을 가질 만큼 극도로 높은 나노-다공성을 갖는 금속유기구조체(metal-organic framework, MOF)를 선택적으로 성장시킨 하이브리드 구조를 제작해 실시간으로 초저농도 이산화질소 모니터링이 가능한 센서를 개발했다.

특히 연구팀이 개발한 센서는 사람의 폐에서 착안한 계층적 기공구조를 가지고 있다는 게 특징. 때문에 표면적뿐 아니라 빠른 기체 교환에서도 탁월한 강점이 있다고 연구팀은 강조했다. 기존의 이산화질소 센서와 비교했을 때 가장 낮은 수준의 검출한계(0.168 ppb)와 가장 빠른 반응 시간(15초) 확보에 성공한 것이다.

권혁준 DGIST 전기전가컴퓨터공학과 교수는 "최근 급격한 도시화로 인한 대기오염으로부터 사람들을 보호할 수 있는 센서를 사람의 폐에서 착안해 제작했다"며 "향후 웨어러블 기기 등에 적용해 개인별로 맞춤화된 건강관리 정보를 제공할 수 있었으면 한다"고 기대했다.

한편, 이번 연구는 임형태 석박사통합과정생이 제1저자로, 권 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 성과는 세계적 학술지인 'Nature Communications' 5월 30일 온라인 게재됐다.

센서 개발 개념도. DGIST 제공.
센서 개발 개념도. DGIST 제공.

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