카이스트, 체온을 색 변화로 알 수 있는 초고감도 센서 플랫폼 기술 개발
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카이스트, 체온을 색 변화로 알 수 있는 초고감도 센서 플랫폼 기술 개발
  • 이기종 기자
  • 승인 2022.06.30 13:34
  • 댓글 0
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전기방사 기술을 나노섬유 멤브레인(얇은 막)에 적용해 인간의 체온(31.6~42.7℃)을 색 변화로 확인할 수 있는 초고감도 센서 플랫폼을 개발한 카이스트 김일두 교수팀 연구는 나노 분야의 권위적인 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 6월호 게재됐다.(자료=어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈·카이스트 김일두 교수팀)
전기방사 기술을 나노섬유 멤브레인(얇은 막)에 적용해 인간의 체온(31.6~42.7℃)을 색 변화로 확인할 수 있는 초고감도 센서 플랫폼을 개발한 카이스트 김일두 교수팀 연구는 나노 분야의 권위적인 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 6월호 게재됐다.(자료=어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈·카이스트 김일두 교수팀)

[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김일두 교수팀이 전기방사 기술을 나노섬유 멤브레인(얇은 막)에 적용해 인간의 체온(31.6~42.7℃)을 색 변화로 확인할 수 있는 초고감도 센서 플랫폼을 개발했다고 30일 밝혔다.

일반적으로 색 변화 센서는 오직 육안으로 센서의 물리화학적 변화(온도, pH 등)를 감지할 수 있어 사용이 편리한 장점이 있다.

하지만 기존의 상용화된 필름(film) 타입의 온도 감응 색 변화 센서는 염료의 색상이 필름 내부에 갇혀 외부로 효과적으로 전달되지 않아 색 변화 감도가 낮다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 넓은 비표면적과 높은 기공도를 나타내는 나노섬유 멤브레인에 온도 감응 색염료를 효과적으로 결착해 기존의 필름 타입의 색 변화 멤브레인 대비 인간의 체온 범위의 온도에서 색 변화 민감도를 최대 5배 이상 높일 수 있는 기술을 개발했다.

연구과정을 보면 연구팀이 개발한 전기방사 기술을 이용해 다공성 나노섬유 멤브레인을 합성했다.

이 과정에서 필름 타입의 센서 대비 매우 높은 기공도(~95%)와 10배 이상 높은 빛 투과율을 보였다.

특히 나노섬유 멤브레인에 결착된 염료의 색을 효과적으로 외부로 전달할 수 있어 색 변화 센서 감도를 극대화시켰다.

이 연구결과에 의하면 기존에 주로 보고됐던 무정렬(random) 나노섬유 멤브레인 등을 초고밀도로 나선상으로 꿰어진 나노섬유 얀(yarn) 구조의 온도 감응형 색 센서로 제조하고 나노섬유의 밀도와 기공 구조를 더욱 세밀하게 조절해 색 변화 강도를 한층 더 높였다.

카이스트 김일두 교수는 “기존에 활용되는 필름 타입의 멤브레인이 아닌 진보된 전기방사 기법을 도입함으로써 나노섬유 멤브레인의 밀도와 정렬 방향을 조절해 온도 감응 색 변화 센서의 반응성을 극대화할 수 있었다”면서 “정렬된 나노섬유 및 얀 타입의 나노섬유 멤브레인을 활용해 마스크, 팔찌, 또는 몸에 붙이는 패치(patch) 타입의 웨어러블 온도 감응 색 변화 센서로 활용 가능성을 제시했다는 측면에서 매우 의미가 있는 연구 결과”라고 말했다.

이어 “저비용, 대량생산이 가능한 전기방사 기법을 활용했기 때문에 상용화 가능성이 큰 기술이며 누구나 손쉽게 스스로 체온을 육안으로 진단할 수 있는 자가 진단 기기의 진보는 개인의 지속적인 건강관리에 큰 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.

공동 제1저자인 KAIST 신소재공학과 김동하 박사(現 MIT 박사후 연구원)와 배재형 박사(KAIST 신소재, 現 하버드대학 박사후 연구원)의 주도하에 진행된 연구는 나노 분야의 권위적인 학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 6월호 게재됐다.

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