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해외동향기술

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독성 가스와 호흡 시에 배출되는 바이오마커를 감지할 수 있는 가스 센서 ndsl 상세보기

과학기술분류

전기/전자

저자

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

키워드

1. 가스 센서; 독성 가스; 바이오마커 2. gas sensor; toxic gas; biomarker

등록일

20201113

NDSL OPENAPI

초록

미국 펜실베이니아 주립대학(The Pennsylvania State University)의 연구진은 신축성을 가진 웨어러블 가스 센서를 개발하는데 도움을 줄 수 있는 새로운 나노물질, 센서 설계, 제조 방법을 조사했다. 나노물질, 센서 설계, 제조 방식에 대한 새로운 이해는 인간 호흡 시에 배출되는 바이오마커를 찾거나 노출된 환경에서 독성 가스를 모니터링하는 가스 센서를 개발하는데 크게 도움을 줄 수 있을 것이다.

최근 가스 감지 기술의 발전으로 호기(呼氣) 또는 땀을 모니터링함으로써 가스 형태의 바이오마커를 감지할 수 있게 되었고 주변에 존재하는 유해하거나 독성이 있는 가스를 감지할 수 있게 되었다. 이런 가스 센서를 인체에 부착하기 위해서는 신축성이 필수이기 때문에 보다 탄력적인 센서를 만들기 위한 다양한 센서 제조 방법이 개발되고 있다.

가스 센서는 사람의 호흡을 통해 휘발성 유기 화합물을 감지할 수 있다. 이런 휘발성 유기 화합물을 통해 아메바성 이질(amoebic dysentery), 장내 세균 감염, 암 등과 같은 질병의 존재를 확인할 수 있다. 이전에 개발된 센서는 포도당과 pH 수준만을 모니터링할 수 있었다.

인간의 땀과 호기로 인한 가스는 약 2,600 개의 바이오마커를 가지고 있다. 이것은 질병 진단 개발을 위한 중요한 정보를 제공한다. 이러한 바이오마커를 모니터링하는 것 이외에도 가스 센서는 인간의 주변 환경에서 존재할 수 있는 위험한 수준의 독성 가스를 감지할 수 있다. 예로 들어, 센서는 탄광의 메탄 양을 감지함으로써 광부의 건강과 안전을 모니터링할 수 있다. 또한 자동차에서 발생하는 이산화질소(NO2)를 감지함으로써 이런 독성 가스들이 우리 주변에 얼마만큼 존재하는지를 알 수 있게 한다.

현재 사용되는 가스 센서는 주로 금속 산화물 기반의 가스 센서인데, 이것은 작동 온도가 높아 사람이 착용할 수 없다. 따라서 이번 연구진은 가스 센서의 제조 방식을 개선함으로써 보다 안정적이고 안전한 가스 센서를 개발할 계획을 가지고 있다.

이번 연구진은 간단한 레이저 스크라이빙 공정(laser scribing process)으로 레이저 유도된 그래핀(laser-induced graphene)을 직접 집적할 수 있는 새로운 플랫폼에 관심을 가지고 있다. 이것은 매우 우수한 감도로 휘발성 유기 화합물과 유해 가스를 보다 빠르게 감지할 수 있는 비용 효율적인 방법이다.

레이저 유도된 그래핀은 높은 다공성을 가지고 있고 탄소 기반 또는 금속 산화물 나노물질과 쉽게 결합될 수 있다. 탄소 기반 또는 금속 산화물 나노물질은 가스에 매우 민감하다. 이번 연구진의 플랫폼은 저항을 감소시키기 위해서 전도성 금속으로 코팅된 박막을 부드러운 기판 위에 전사를 시키고 상부에 레이저 유도 그래핀을 스크라이빙했다. 이 방법은 저항을 감소시키기 때문에 센서는 쉽게 자기 발열을 유발할 수 있다. 이런 플랫폼에 금속 산화물을 결합시킴으로써 금속 산화물 기반의 가스 센서보다 작동 가능한 온도를 상당히 낮출 수 있다.

향후 연구는 착용 가능한 신축성 가스 센서가 구성된 복합 재료의 모양에 따라 환경 감지 성능이 어떻게 달라지는지를 조사하는 것이 될 것이다.