이산화질소 누출 십억분의 1도 막는다

국내 연구진이 극미량의 이산화질소(NO₂) 가스도 감지할 수 있는 센서를 개발했다. 여러 분자가 포함된 혼합가스에서도 이산화질소만 선택적으로 감지할 수 있어 향후 산업, 의료 진단 분야 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연세대학교는 18일 절연성 금속유기구조체(ZIF-8)에 화학적 특성을 부여해 이산화질소 가스에 높은 민감도를 가지고, 선택적 감지가 가능한 전기화학 센서 개발에 성공했다고 밝혔다.

이번에 이우영 연세대 신소재공학과 교수, 김대우 연세대 화공생명공학과 교수 공동연구팀이 개발한 가스 감지 소재는 2~3nm 수준의 산화물로 둘러싸인 금속유기구조체로, 전기가 흐르지 않는 유기구조체 소재에 전도도를 부여해 반도체성 전자소자로 활용할 수 있다.

이번에 개발된 감지 소재는 금속유기구조체의 가스 흡착 특성과 나노단위 산화물층의 가스 감지 특성이 시너지를 발휘해 작동온도가 수 백도(℃)에서 150℃로 낮아졌을 뿐만 아니라 높은 민감도를 가져 약 0.63ppb 수준의 검출한계를 보였다. 수분이 있는 환경에서 민감도가 두 배 이상 증가했고, 화학적 특성으로 이산화질소에 높은 반응 선택성을 보였다.

이우영 교수는 “최근 호기 가스 내 질병 바이오마커 분자를 감지하는 기술에 대한 관심이 급증하고 있다”며 “이산화질소에 민감한 선택탐지 기술은 산화질소가 바이오마커인 천식, 만성 폐질환 및 특정 유형의 암과 같은 특정 염증성 질환의 조기진단에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

대면적 금속유기구조체 필름 제조와 마이크로 공정 기반의 센서 제작 방식은 수율을 극대화할 수 있어 센서의 생산 단가도 절감할 수 있을 것으로 기대된다.

김대우 교수는 “금속유기구조체 기반 소재는 뛰어난 가스 분석 소재임에도 불구하고, 전도성의 조절이 쉽지 않아 전기화학 가스탐지 소자로서 활용되기 어려웠다”며 “이번 연구에서 개발한 소재 개질 공법은 다양한 금속유기구조체에 확장 가능하고, 향후 다양한 소재 및 응용 분야로의 적용이 이뤄질 것으로 기대된다”고 말했다.

이우영 연세대학교 신소재공학과 교수

김대우 연세대학교 화공생명공학과 교수