별도 전자기기 도움 없이 실시간으로 체온 확인 가능
마스크나 팔찌, 패치 등으로 활용 기대
(내외방송=정지원 기자) 인간의 체온 변화를 쉽게 감지할 수 있는 센서가 개발돼 앞으로 체온과 관련된 건강 관리에 큰 도움이 될 것으로 보인다.
KAIST는 30일 "김일두 신소재공학과 교수 연구팀이 온도에 감응하는 색 변화 염료와 전기방사 기술을 나노섬유 멤브레인(얇은 막)에 적용해 체온의 색 변화를 육안으로 손쉽게 감지할 수 있는 초고감도 센서 플랫폼을 개발했다"고 밝혔다.
전기방사 기술은 나노섬유 멤브레인을 제작할 수 있는 합성법으로 전기장의 세기나 방향에 따라 나노섬유의 밀도와 정렬도를 조절할 수 있다.
색 변화식 센서는 육안으로 센서의 물리화학적 변화를 감지할 수 있어 사용이 편리하다.
하지만, 기존에 상용화된 필름 타입의 온도 감응 색 변화 센서는 염료의 색상이 필름 내부에 갇혀 외부로 전달되지 않아 색 변화 감도가 낮다는 단점이 있다.
연구팀은 이 단점을 극복하기 위해서 넓은 비표면적(단위 부피당 표면적 값)과 높은 기공도(비어 있는 부분이 차지하는 비율)를 나타내는 나노섬유 멤브레인에 온도 감응 색 염료를 효과적으로 결착했다.
이를 통해 기존 필름 타입의 색 변화 멤브레인보다 인간의 체온 범위에서 색 변화 민감도를 최대 5배 이상 높일 수 있는 기술이 개발됐다.
이 기술로 개발된 센서는 휴대가 가능한 개인 헬스케어 진단기기로 별도의 전자기기 도움 없이 실시간으로 체온을 확인할 수 있다.
전기방사 기술을 이용해 합성된 다공성 나노섬유 멤브레인은 필름 타입 센서 대비 매우 높은 기공도(~95%)와 10배 이상 높은 빛 투과율을 나타냈다.
때문에 나노섬유 멤브레인에 결착된 염료의 색을 효과적으로 외부에 전달돼 색 변화 센서 감도를 극대화할 수 있었다.
연구팀은 전기장을 조절해 정렬된 나노섬유 멤브레인과 개별 섬유 가닥들이 초고밀도 나선 모양으로 꿰어진 나노섬유 얀 구조의 온도 감응형 색 센서를 제조하는 데에도 성공했다.
나노섬유의 밀도와 기공 구조를 더욱 세밀하게 조절해 색 변화 강도를 한층 더 높일 수 있었던 것이다.
김 교수는 "기존에 활용되는 필름 타입 멤브레인이 아닌 진보된 전기방사 기법을 도입하고, 나노섬유 멤브레인의 밀도와 정렬 방향을 조절해 온도 감응 색 변화 센서의 반응성을 극대화할 수 있었다"고 말했다.
이어 "정렬된 나노섬유와 얀 타입의 나노섬유 멤브레인을 활용해 마스크나 팔찌, 몸에 붙이는 패치 등으로 온도 감응 색 변화 센서가 활용될 수 있다"고 설명하면서 "저비용, 대량생산이 가능한 전기방사 기법을 활용했기 때문에 상용화 가능성이 큰 기술"이라고 설명했다.
이 연구는 공동 제1저자인 김동하, 배재형 박사의 주도로 진행됐으며 김일두 교수가 교신저자로 참여했다.
연구 결과는 나노 분야 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 6월호 앞 표지 논문으로 선정됐다.
