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산업 국내 연구진, 황화수소 1ppm 이하 극미량 검출 가능 색변화 센서 개발
메디컬투데이 이한솔 기자
입력일 : 2018-06-13 06:26:15
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KAIST 연구팀, 색변화 일어나는 염료 입자 나노섬유에 결착
[메디컬투데이 이한솔 기자]

국내 연구진이 1ppm 이하의 황화수소 농도를 검출해 낼 수 있는 색변화 센서를 개발했다.


KAIST에 따르면 신소재공학과 김일두 교수 연구팀은 색변화가 일어나는 염료 입자를 나노섬유에 결착시켜 1ppm 이하의 황화수소 농도를 검출해 낼 수 있는 색변화 센서를 개발했다. 이는 구취 환자의 날숨에 포함된 극미량의 황화수소 감지를 통해 호흡으로 인한 센서의 색변화를 통해 질병을 진단할 수 있는 기술로 주목되고 있다.

이번 기술은 황화수소와 반응시 색 전이가 발생하는 아세트산 납 염료입자를 균일하게 나노섬유에 결착시켜 높은 반응 영역을 갖고 상온 근처에서 발생되는 염료의 뭉침 특성을 최소화 한 특징이 있다.

아세트산 납은 기상의 황화수소와 반응해 갈색을 띄는 황화납(PbS)입자를 표면에 형성하게 되면서 색변화를 통해 공기 중의 황화수소를 검출할 수 있게 된다.

이미 시중에는 황화수소 감지용 테스트지가 판매되고 있지만 검출 한계가 5ppm으로 구취에 포함돼 있는 극미량의 황화수소를 감지할 수 없었다. 또 대부분 테스트지에서는 아세트산 납을 염료입자로 활용하고 있지만 상온 근처의 낮은 온도에서도 염료 입자가 뭉침특성을 발휘하기 때문에 감도한계를 낮추지 못하는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 기존 테스트지의 한계 극복을 위해 높은 표면적을 가진 나노섬유를 활용했다. 또 염료의 낮은 녹는점을 활용해 전기방사 용액 제조 중 나노입자크기로 미립화가 될 수 있도록 해 보다 간소화 된 공정을 개발했다.


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미립화 된 염료 입자는 전기방사 공정 중 나노섬유의 표면에 분산된 형태로 결착되면서 염료의 조대화를 방지할 뿐 아니라 높은 반응영역을 나타나게 됐다는 것이 연구팀의 설명이다.

김 교수는 “개발 된 색변화 가스 센서는 기존 전자식 가스센서와 달리 전기적 회로 설계나 측정값을 표시해 줄 모니터가 필요 없어 리트머스 지와 같이 손쉽게 색변화를 통해 확인이 가능하다”며 “표면적이 넓은 나노 섬유 기반 색변화 센서는 기존 종이기판의 색변화 센서 대비 월등히 우수한 감도 특성을 갖는 장점이 있다”고 밝혔다.

이어 “각기 다른 색변화 염료를 나노섬유에 붙여줌으로써 다양한 유해 환경 가스 검출 또한 육안으로 가능하다”며 “또한 색변화 센서 어레이를 통해 호흡가스 분석의 정확도를 높여 질병의 조기 진단을 육안으로 확인 가능토록 노력하겠다”고 밝혔다.

한편 이번 기술과 관려된 색변화 센서 특허들은 한국에 3건이 등록됐고 한국에서 3건이 출원중이며 pct와 미국도 출원된 상태다. 차준회 연구원이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 미국 화학회의 화확분야 국제 학수지인 ‘아날리티칼 케미스트리’ 5월 23일자에 게재됐다.  
메디컬투데이 이한솔 기자(lhs7830@mdtoday.co.kr)
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