자가 발열 웨어러블 가스 센서, 정밀 건강·환경 모니터링 실현

기존 웨어러블 센서보다 향상된 감도를 위해 자가 발열 메커니즘을 활용한 웨어러블 가스 센서가 개발되었습니다. 빠른 회복과 재사용이 가능합니다. 동종 기기들은 외부 히터가 필요합니다. 또한 기존 웨어러블 센서는 고가의 시간 소모적인 클린룸 리소그래피 공정이 필요합니다.

레이저 패터닝으로 다공성 나노소재·자가 발열 구조 동시 구현

기존 연구는 큰 표면적-부피 비로 고감도를 내는 나노소재를 활용했으나, 나노소재만으론 신호 수신이 안 돼 손가락 같은 지간 전극(inter-digitated electrodes)이 필요했습니다.

연구진은 레이저로 그래핀 유사 고다공성 단일 라인 나노소재를 패터닝해 가스, 생체분자, 향후 화학물질 감지 센서로 활용했습니다. 장치 플랫폼의 비감지부에는 은 코팅된 서펜타인 라인을 만들었습니다. 전류를 은에 흘리면 가스 감지 영역이 훨씬 큰 전기 저항으로 국부 발열해 별도 히터가 불필요해집니다.

서펜타인 라인으로 신축성 확보, 다양한 나노소재 적용

서펜타인 라인은 스프링처럼 늘어나 웨어러블 센서의 신체 굴곡에 적응합니다. 사용된 나노소재는 환원 그래핀 산화물, 이황화 몰리브덴, 또는 둘의 조합, 혹은 산화아연 코어와 산화구리 쉘로 된 금속 산화물 복합체로, 가스 센서에 널리 쓰이는 저차원·금속 산화물 나노소재 두 부류를 대표합니다. CO₂ 레이저로 플랫폼에 다수 센서 제작 가능합니다. 향후 수십~수백 개 센서를 전자코처럼 각기 다른 분자에 선택적으로 반응하게 해 복잡 혼합물 내 다성분 분석을 목표로 합니다.

응용 분야: 신경·폐 손상 물질 감지, 환자 건강·환경 모니터링

• 신경·폐 손상 화학·생물 작용제 감지용 웨어러블 센서
• 환자 건강 모니터링: 인체 기체 바이오마커 감지
• 환경 오염물질 감지: 폐 영향 대기 오염물질

자동차 배출가스에서 나오는 이산화질소, 아산화질소와 함께 산성비 원인인 이산화황 감지 가능. 산업 안전 이슈로도 활용됩니다.

향후 계획: 고밀도 어레이, 신호 개선, 선택성 향상

연구진 다음 단계는 고밀도 어레이 제작, 신호 개선, 센서 선택성 향상입니다. 플랫폼 위 개별 분자의 고유 신호를 머신러닝으로 식별하는 방식이 유망합니다.