극미량 가스 `맨눈 확인` 색변화 센서

KAIST 연구팀 개발
[디지털타임스 김수연 기자] 국내 연구진이 농도가 1ppm 이하인 극미량 가스를 맨눈으로 신속하게 확인할 수 있는 색변화 센서를 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 김일두 신소재공학과 교수, 차준회 전기·전자공학부 박사과정 연구원 연구팀은 12일 황화수소와 반응하면 흰색에서 갈색으로 변하는 염료물질인 아세트산납을 고분자 나노섬유 표면에 결합해 농도 0.4ppm의 황화수소를 1분 안에 맨눈으로 검출하는 데 성공했다고 밝혔다. 이 연구결과는 미국화학회가 발간하는 국제학술지인 '애널리티컬 캐미스트리'의 5월 23일 자에 실렸다.

황화수소는 입 냄새 주원인물질로 이 색변화 센서를 이용하면 기존 방법으로는 감지하기 어려웠던 입 냄새도 정밀하게 측정할 수 있다. 연구진은 앞으로 날숨을 이용한 질병이나 마약 검사, 유해 환경가스 검출 등에 색변화 센서를 활용하는 연구를 할 계획이다.

아세트산납은 황화수소와 반응해 황화납을 형성하며 갈색으로 변하는 특성이 있어 시판 중인 황화수소 감지용 테스트지에 사용되고 있다. 하지만 종이 표면에 황화수소를 입힌 형태의 이 테스트지는 검출한계가 5ppm이다. 이 때문에 입 냄새의 주원인인 극미량(1ppm급) 황화수소는 감지하지 못한다. 또 아세트산납이 상온 정도의 낮은 온도에서도 입자가 뭉치기 때문에 감도 한계를 낮추기도 어렵다.

이에 연구진은 표면적이 넓은 나노섬유를 활용했다. 녹는점이 낮은 아세트산납을 전기방사 용액을 제조할 때 나노입자 크기로 미립화한 다음 전기방사 공정 중 나노섬유 표면에 분산된 형태로 결합하게 했다.

미립화된 아세트산납 입자는 나노섬유 표면에 고르게 퍼져 황화수소가 반응할 수 있는 표면적이 극대화됐다. 또 낮은 온도에서도 뭉침 현상이 발생하지 않아 감도가 떨어지는 단점도 생기지 않았다.

이 색변화 센서는 0.4ppm 농도의 극미량 황화수소에 노출됐을 때 1분 만에 맨눈으로 색깔 변화를 확인할 수 있을 정도로 민감한 검출 특성을 보였다.

연구진은 이번 기술과 관련한 색변화 센서 특허를 국내에 6건 등록 또는 출원하고 특허협력조약(PCT)과 미국 특허도 출원하는 등 상용화를 추진하고 있다.

김일두 교수는 "색변화 센서의 호흡가스 분석 정확도를 높여 맨눈으로 질병을 조기에 진단할 수 있도록 후속연구를 진행할 계획"이라고 말했다.

김수연기자 newsnews@