[데일리포스트=송협 선임기자] “알칼리 금속 기반 촉매를 백금 촉매와 함께 도입해 질병과 연관된 생체지표 가스에 초고감도 및 고 선택성으로 반응하는 센서 소재를 구현해 누구나 손쉽게 스스로 진단할 수 있는 자가 진단 기기의 진보는 의료비 지출 상승을 막고 지속적인 건강관리에 도움이 될 것으로 기대됩니다.” (KAIST 신소재공학과 김일두 교수)
국내 연구진이 날숨(내쉬는 숨) 속 황화수소 가스 검출을 통해 질병을 확인할 수 있는 구취 센서를 개발하는데 성공했다.
KAIST 신소재공학과 김일두 교수 연구팀은 삼성전자 종합기술원과 공동연구를 통해 극소량의 나트륨과 백금 촉매를 금속산화물에 기능화해 호흡만으로 자신의 질병을 진단할 수 있는 가스 센서 플랫폼을 개발했다.
김 교수 연구팀이 개발한 가스 센서 플랫폼은 사람의 날숨에 포함된 다양한 질병과 관련된 미량의 생체지표 가스를 선택적으로 감지해 특정 질병을 실시간 모니터링할 수 있는 기술이다.
특히 혈액 채취나 영상 촬영 없이 내뱉는 숨(호기)만으로도 각종 질병 여부를 파악하는 비침습적 호흡 지문 센서 기술은 핵심 미래 기술로 손꼽히며 호기 속 특정 가스들의 농도변화를 검사해 건강 이상 여부를 판단할 수 있다.
호기 가스 성분에는 수분 외에 아세톤과 톨루엔, 암모니아, 수소 뿐 아니라 구취의 생체지표 가스인 ▲황화수소 ▲메틸머캅탄 ▲디멜틸설파이드 등 3종 황 화합물이 포함된다.
이 가운데 황화수소 가스는 구취 환자에게서 높은 농도로 배출되는 생체지표 가스로 상기 3종 황화합물 가스 중 선택적으로 감지하는 것이 중요하다.
연구팀은 미량의 염화 나트륨과 백금 촉매를 전기방사를 통해 넓은 비표면적과 다공성 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유에 결착시켜 특정 생체지표 가스에 선택적으로 반응하는 감지 소재를 개발했다.
나트륨과 백금의 복합촉매가 결착된 나노섬유 센서는 백금 촉매만 결착 되거나 촉매가 결착되지 않은 센서 대비 각각 10배 및 200배 이상 감지 특성이 향상됨을 확인했다.
무엇보다 1ppm의 황하수소 가스에 대한 감도가 780배 수준으로 바뀌는 세계 최고 수준의 감도 특성을 확인했고 호기 속 방해 가스 중 반응성이 좋다고 알려진 에탄올 가스 대비 약 277배 수준의 선택도가 관찰됐다.
이번 연구는 공동 제1 저자 신하민, 김동하 박사과정(신소재)과 삼성전자 종합기술원 정원종 전문연구원 주도로 진행됐으며 삼성전자 종합기술원 전문연구원과 김일두 교수가 교신저자로 참여했다.
한편 이번 연구 결과는 나노과학 분야 학술지 ‘에이씨에스 나노’ 8월호 표지 논문으로 발행될 예정이며 지난 21일 미국화학학회 위클리 프레스팩에 소개됐다. 또 관련 기술은 국내를 비롯해 유럽과 미국, 중국에 특허 출원됐다.
