"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.

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.