화학공학부 이위형 교수 연구팀의 유기반도체 기반 VOC가스센서 개발 연구결과가 재료-계면분야의 Advanced Materials Interfaces 국제학술지(SCI) 표지논문으로 선정됐다.

코로나19 바이러스 진단키트

  현재 코로나19 바이러스로 전 세계가 마비된 상황에서, 한국의 우수한 진단 능력이 세계의 본보기가 되고 있다. 이로 인해 신속하고 광범위한 한국의 진단 키트가 세계 각국의 관심을 모으고 있다. 산업계에서는 이 기회를 통해 한국이 진단, 의료 및 바이오산업의 강국으로 발돋움하는 계기가 될 것이라고 조심스럽게 예측하고 있다.

실시간-신속 VOC가스센서

  VOC(Volatile Organic Compound, 휘발성유기화합물) 가스센서의 경우, 코로나19 진단키트의 검출 방법과는 작동원리가 근본적으로 다르다. 현재 질병관리본부에서 사용하는 진단키트는 유전자 증폭을 통해 바이러스를 진단하는 방법으로, 검사 시간은 6시간 정도지만 정확도는 95% 이상이다. 현재 상용화된 반도체식 VOC가스센서는 실리콘, 금속산화물과 같은 무기반도체 표면 위에 VOC가 흡착될 때 전기저항이 변화하는 것으로부터 타겟 가스의 농도를 감지한다. 바이러스의 경우 변종이 다양해 엄밀한 유전자분석을 통한 진단이 필요하다. 반면, 공기 중에 존재하는 인체에 유독한 질소산화물(NOx)과 같은 VOC는 그 종류가 한정돼 있기 때문에 실시간으로(real-time monitoring), 신속하게(highly sensitive) 농도를 감지해야 빠르게 대응할 수 있다.

왜 유연한 VOC가스센서가 필요할까?

  상용화된 가스센서에 쓰이는 대부분의 반도체 재료들은 실리콘, 금속산화물과 같은 무기 재료이다. 무기 재료는 단단하고, 부서지기 쉬우며, 신축성이 없기 때문에 센서의 형태적 제약이 따른다. 이를 대체해 전기가 흐를 수 있고 플라스틱과 같은 기계적 물성을 지닌 유기반도체 재료를 사용하면 유연한 가스센서를 제조할 수 있고, 활용성의 확대를 기대할 수 있다. 이에 본 연구실에서는 유연성이 뛰어난 유기반도체 기반 트랜지스터를 제조하고, 이를 인체에 유해한 질소산화물 가스를 검출하는 가스센서로 활용했다. 유기반도체 기반 가스센서의 경우 낮은 민감도를 지녀 실시간, 신속 검출을 위해서는 기술적 진보가 필요하다. 본 연구팀에서는 가스센서의 민감도를 증가시키기 위해 유기반도체층을 패턴화해 선 형태의 어레이로 제조했다 (그림 참조). 이를 통해 가스가 유기반도체에 흡착되는 추가적인 이동 통로를 확보할 수 있었고, 실시간으로 신속하게 VOC가스의 농도를 센서의 전류변화로 감지할 수 있었다. 본 연구결과는 재료-계면분야의 Advanced Materials Interfaces 국제학술지(SCI)에 표지논문으로 선정됐다.

웨어러블 센서 전망

  본 연구팀은 유연 VOC가스센서 연구를 확장해 섬유형태의 웨어러블 센서로 제조하려고 하고 있다. 외부환경요소를 감지하는 가스센서 개발과 더불어 내부 생체신호를 감지하는 웨어러블 압력 및 땀분비센서 개발에도 박차를 가하고 있다. 압력센서를 이용해 맥박, 심전도 등의 생체신호를 분석할 수 있고, 땀분비센서를 통해 생체물질의 농도를 분석할 수 있어 비만 및 당뇨병 등의 기저질환자 진단에 쓰일 수 있다. 또한 신체 탈부착이 가능해 움직일 때 이물감없는 웨어러블 통합센서를 제조해 실시간으로 외·내부 정보를 종합적으로 분석해 헬스케어 모니터링에 활용하려고 하고 있다.