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'커피믹스 포장서 힌트' 유해물질 감지기술 개발

'커피믹스 포장서 힌트' 유해물질 감지기술 개발

  • 이재림 기자
  • 승인 2018.04.11 12:38
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'색 변화 기반' 전원 없이 휘발성 유기화합물 확인

(a) 일회용 커피 봉지 (b) 일회용 커피봉지 봉제선 구조와 유사한 광 결정-실리콘 복합체 구조 개념도 (c) 박막형 센서를 제작용 net 개념도와 미세구조 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 박정열 서강대 교수·김태성 울산과학기술원 교수 공동 연구팀이 색 변화 기반 무전원 휘발성 유기화합물 검지 센서를 개발했다고 11일 밝혔다.

휘발성 유기화합물은 신경계 장애를 유발하는 대표적인 발암 물질이다.

악취와 오존을 발생시키기도 하는데, 토양·담수·대기 등 어디서나 쉽게 발견된다.

이 물질은 일반적으로 기체 크로마토그래피 질량 분석기나 광 이온화 검출기 등으로 측정한다.

해당 장비들은 규모가 큰 데다 전원이 필요해 현장에서 쓰기엔 불편하다.

연구팀은 센서 반응을 저해하는 잔류물질이 쉽게 떨어져 나가는 나노 규모 이지-컷 공정(Nanoscale easy tear·NET)을 고안했다.

일회용 커피 포장의 이지-컷 기술에서 영감을 얻었다고 연구팀은 전했다.

(a) 센서 두께가 두꺼워질수록 응답속도가 느려지면서 net 공정을 진행한 센서의 경우 2초 안에 색 변화가 일어났다. (b) 쉽게 맨눈으로 확인할 수 있도록 글자 모양으로 제작한 센서의 색변화 결과 사진 (c) 서로 다른 농도의 에탄올을 동시에 검지한 실험 결과 그래프 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

이지-컷 공정에는 휘발성 유기화합물과 반응해 부풀어 오르는(팽윤) 실리콘 물질(PDMS)을 활용했다.

나노 규모 이지-컷 공정을 통해 실리콘에 기계적 전단 응력(물체를 자를 때 원형을 유지하려는 힘)을 가했을 때 커피 봉지 봉제선처럼 광 결정 구조와 잔여 실리콘 물질을 깔끔하게 떨어뜨릴 수 있다고 연구팀은 설명했다.

실험 결과 광 결정-실리콘 복합구조가 직접 유해물질에 노출되면 반응속도와 민감도가 획기적으로 개선했다.

실리콘이 유해물질 때문에 팽윤하면서 결정 구조 간격이 변해 센서 색이 바뀌는 되는 원리다.

연구팀은 유해물질 검지용 센서와 함께 지능형 하이드로젤 기반 광 결정 습도센서도 제작했다.

이 센서를 활용하면 여러 환경 오염원을 동시에 검출할 수 있다고 연구팀은 덧붙였다.

박정열 교수는 "색 변화로 수초 안에 기체 상태의 유해물질을 검지할 수 있다"며 "누구나 쉽게 맨눈으로 환경 상태를 모니터링할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(기초연구실) 지원으로 수행했다.

성과를 담은 논문은 사이언티픽 리포트(Scientific reports) 지난달 28일 자에 실렸다.

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