서울과기대 구형준 교수팀, 액체 알코올 검출용 섬유형 센서 개발

(왼쪽부터) 박예진 연구원(제1저자), 김용주 교수, 소주희 박사, 구형준 교수

서울과기대(총장 이동훈)는 화공생명공학과 구형준 교수 연구팀이 국민대 신소재공학부 김용주 교수와 한국생산기술연구원 소재부품융합연구부문 소주희 수석연구원과의 공동연구를 통해 분자량이 다른 액상 알코올을 손쉽게 구분해낼 수 있는 섬유형 센서를 개발했다.

이 연구 결과는 지난달 28일 화학·환경공학 부문 최우수 저널인 'Chemical Engineering Journal'에 온라인 게재됐다.

알코올은 소독제, 위생용품, 주류, 화장품, 의료용품, 연료 등 실생활에서부터 산업현장에까지 널리 활용되고 있다. 그러나 알코올은 휘발성이 높고, 발화 또는 부식 위험성이 있어 주의를 기울여 사용해야 한다. 또 알코올은 유사 구조를 갖더라도 분자량에 따라 생체 독성이 크게 달라지기 때문에 알코올을 효과적으로 분별, 검출할 수 있는 기술이 지속 요구된다.

연구팀은 전도성 나노 충진재가 친수성 고분자 섬유에 분산된 형태의 복합체 섬유를 이용해 알코올 센서를 개발했다.

(왼쪽) 섬유형 알코올 센서의 구조. (오른쪽) 수용액과 상업용 주류의 에탄올 함량에 따른 섬유형 센서의 저항 변화 그래프 <그림 제공=서울과기대 구형준 교수 연구팀>

이 섬유형 센서는 수화(hydration)된 상태에서 알코올에 노출 시 섬유 내부의 물과 외부 알코올의 물질전달에 의해 부피 변화가 일어나고, 알코올 종류에 따라 저항 변화가 크게 달라짐을 실험과 이론적 계산을 통해 확인했다. 노출된 알코올과 수화된 섬유 센서 내에 존재하는 수분 간 경쟁적 물질전달이 일어나며 그 결과 센서 섬유의 부피 수축 또는 팽창이 일어나게 되는 것이다.

이 섬유형 알코올 센서는 특히 탄소 원자가 한 개 붙어있는 메탄올(CH3OH)부터, 두 개 붙어있는 에탄올(C2H5OH)에서 다섯 개 붙어있는 1-펜탄올(C5H11OH)까지, 다섯 종의 1가 알코올을 십여초만에 정확하게 검출했다. 본 센서를 이용해 단일 액상 1가 알코올 종류를 알아낼 수 있었다.

또 메탄올과 에탄올 등 알코올 혼합 용액의 조성도 읽어낼 수 있으며, 최종적으로 알코올 도수가 다른 상용 주류 역시 구분이 가능함을 확인했다.

구형준 교수는 “본 섬유형 알코올 센서는 제작 및 검출 원리가 간단하고 제조 비용이 적게 들어 사업화 가능성이 높으며, 기계적 강도가 높은 동시에 유연성도 뛰어나 휴대 및 다양한 소자에 적용이 용이할 것”이라고 기대감을 나타냈다. 구 교수는 연구와 관련한 특허는 등록이 완료된 상태이며, 현재 창업 또는 기술이전을 통한 사업화 방안을 모색 중이라고 덧붙였다.

해당 연구는 과학기술정보통신부의 개인기초연구사업, 도전형 나노소재 기술개발사업, 경기도 기술개발사업 등의 지원을 받아 수행됐다.

김명희기자 noprint@etnews.com