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사람의 호흡에는 아세톤과 같은 휘발성 물질이 소량 포함돼 있다. 이러한 성분은 인체 대사 상태와 관련이 깊다. 이를 정밀하게 측정하면 건강 상태를 분석할 수 있다는 의미다.
다만 사람의 호흡에는 수분이 많고 여러 가지 물질이 함께 섞여 있어 정확한 측정이 쉽지 않았다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘나노 나선(nanohelices) 구조’의 센서를 개발했다. 해당 센서는 나선 모양의 아주 작은 구조물이 여러 겹 쌓여 있는 특수한 형태로 제작됐다.
연구팀은 이를 통해 가스 분자가 센서 표면에 더 자주 부딪히도록 만들었다. 그 결과 기존 평평한 구조의 센서보다 약 80배 이상 민감하게 반응하는 성능을 확보할 수 있었다. 아울러 촉매 역할을 하는 산화코발트를 얇게 덧입혀 감지 능력을 높였다.
연구팀이 개발한 센서는 습도가 높은 환경에서도 비교적 안정적인 성능을 유지했다. 약 8개월에 가까운 장기 시험에서도 초기 성능을 유지하는 것으로 나타났다. 한기대는 “이번 연구 성과는 향후 호흡 분석을 통한 건강 모니터링, 환경 감시 기술 등 다양한 분야로 확장될 것으로 기대된다”고 설명했다.
이번 연구에는 한국화학연구원·홍익대·한국생산기술연구원 등이 공동으로 참여했다. 연구 결과는 저명 국제학술지(Chemical Engineering Journal)에 게재됐다.
심영석 교수는 “이번 연구는 숨 속에 포함된 매우 미세한 성분을 정밀하게 측정할 수 있는 기술적 기반을 마련했다는 데에 의미가 있다”고 했다. 논문의 주저자로 참여한 정재한 석사과정생은 “나노 구조를 정밀하게 제어하는 과정이 가장 어려웠지만 세계적인 수준의 성능을 확인해 보람을 느낀다”고 말했다.
