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(NET)을 고안했다. 일회용 커피 포장의 이지-컷 기술에서 영감을 얻었다.

이지-컷 공정은 휘발성 유기화합물과 반응해 부풀어 오르는(팽윤) 실리콘 물질(PDMS)을 활용했다. 나노 규모 이지-컷 공정을 통해 실리콘에 기계적 전단 응력을 가했을 때 커피 봉지 봉제선처럼 광 결정 구조와 잔여 실리콘 물질을 깔끔하게 떨어뜨릴 수 있다.

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. 센서를 활용하면 여러 환경 오염원을 동시에 검출할 수 있다.

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.