날숨 속 황화수소로 질병 알아내는 구취 센서 개발 : 과학향기 Story : KISTI의 과학향기

에피소드

<KISTI의 과학향기> 제3669호 2021년 08월 02일

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 김일두 교수와 삼성전자 종합기술원 남궁각 전문연구원 공동 연구팀이 호흡으로 질병을 진단할 수 있는 가스 센서 플랫폼을 개발했다고 28일 밝혔다.

이번에 개발한 가스 센서 플랫폼은 날숨에 포함된 질병 관련 미량의 바이오마커(질병의 진행 정도를 진단하는 생체지표) 가스를 선택적으로 감지해 질병을 실시간으로 모니터링할 수 있는 기술이다.

황화수소 가스는 구취 환자에게서 높은 농도로 배출되는 생체지표 가스다.

하지만 대부분의 생체지표 가스들은 ppb(10억분의 1)에서 ppm(100만분의 1) 정도의 극미량으로 존재하기 때문에 정확한 분석을 위해서는 목표 가스만을 선택적으로 감지해 내는 기술이 중요하다.

산화물을 감지하는 소재 표면에 백금, 팔라듐 등 특정 촉매를 결합해 가스를 인식하는 방식이 쓰이고 있으나, ppb 수준의 농도를 감지하기 어렵다는 한계가 있다.

연구팀은 황화수소 가스에 높은 반응성을 보이는 나트륨 촉매와 활성도가 높은 백금 촉매를 넓은 비표면적을 갖는 금속산화물 나노 섬유에 결합해 가스 감지 성능을 획기적으로 높였다.

1ppm의 황화수소 가스에 대해 780배 높은 감도를 보였고, 에탄올 가스에 대해서도 277배 높은 수준의 감도를 보였다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 이번에 개발한 가스 센서를 압력센서·온도센서·습도센서와 결합해 날숨을 통해 건강 상태를 모니터링할 수 있는 휴대용 복합센서 플랫폼을 개발했다.

80차례의 날숨 분석을 진행한 결과, 86.3%의 정확도로 구취 유무를 판단해 냈다.

김일두 교수는 “혈액 채취나 영상 촬영 없이 비침습적으로 건강 이상 여부를 판단할 수 있어 질병을 조기 진단하는 데 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노'(ACS Nano) 8월호 표지 논문으로 발행될 예정이다.