“호흡으로 질병 진단 가능 호기센서 플랫폼 개발”
내쉬는 숨으로 질병진단 가능, 향후 차세대 의료 플랫폼 역할 기대
정성용 연구교수팀 연구결과, Journal of Materials Chemistry A 속표지 논문으로 게재

▲ (좌측부터) 공동 제1저자 김상훈 박사과정, 공동 제1저자 문영국 박사과정, 교신저자 정성용 박사
 

본교 첨단소재부품개발연구소 정성용 연구교수 연구팀이 팔라듐 촉매가 첨가된 다공성의 산화주석을 이용하여 대표적인 생체지표 가스(바이오마커)인 수소 가스를 고선택성·고감도로 검출하는 새로운 센서 개발에 성공했다.

연구 결과는 재료과학 분야 세계적 권위의 국제학술지 ‘Journal of Materials Chemicsry A (IF=14.511)’에 속표지(Inside Back Cover)논문으로 게재됐으며, 과학기술정보통신부 개인연구지원사업 세종과학펠로우십과 중견연구의 지원으로 진행됐다.
  * 논문명: Hierarchically porous PdO-functionalized SnO2 nanoarchitectures for exclusively selective, sensitive, and fast detection of exhaled hydrogen
  * 저널명: Journal of Materials Chemistry A
  * 저자 정보: 김상훈(공동 제1저자, 고려대 박사과정), 문영국(공동 제1저자, 고려대 박사과정), 故이종흔(공동저자, 고려대 신소재공학부 교수), 강윤찬(공동저자, 고려대 신소재공학부 교수), 정성용(교신저자, 고려대학교 첨단소재부품개발연구소 연구교수)

혈액이나 조직 채취와 같이 아픔을 동반하는 침습적 방법이 아닌, 내쉬는 숨(호기)만으로 인체의 질병을 진단하는 호기 분석 기술은 환자의 거부감과 치료비용을 낮추고 질병의 조기 진단을 가능하게 하는 미래의료의 핵심 기술이다.

사람의 내쉬는 호흡에는 다양한 생체지표 가스(수소, 아세톤, 황화수소, 톨루엔 등)들이 포함되어 있으며, 특정 가스의 농도를 정확하게 알 수 있다면 인체의 질병들을 병원에 가지 않고도 조기에 간단히 알아낼 수 있는 장점이다.

그러나, 생체지표 가스인 수소는 매우 미량의 농도인 ppm(1백만분의 1) 수준으로 사람의 호흡에서 배출되기 때문에 정확한 분석을 위해서는 센서의 민감도를 높이는 것이 중요하다.

또한, 사람의 호흡에는 고농도의 수분이 포함되어 있을 뿐만 아니라 수백종 이상의 가스들이 동시에 존재하기 때문에 호기 분석의 정확도를 낮출 수 있는 한계가 있었다.

연구진은 분무열분해법을 통해 넒은 비표면적(단위 질량당 총 표면적)과 다공성 구조를 갖는 팔라듐 촉매가 첨가된 산화주석 구조체를 설계해서 과민성대장증후군의 조기진단에 활용될 수 있는 수소가스를 고감도와 고선택성으로 검출할 수 있음을 확인했다. 연구에서 개발된 센서는 호흡속에 포함된 극미량의 수소가스를 4초 이내로 초고속 검출이 가능할 뿐만 아니라 호기에 포함되어 있는 고농도의 수분에 대해서도 우수한 안정성을 가지고 있으므로, 주변 환경의 변화와 방해에 관계없이 호흡 속 생체지표 가스를 정확하게 판단 할 수 있는 것이 장점이다.

특히, 연구팀이 만든 구조체 가스센서는 20ppm 수소에 대해 감도가 6.9 수준으로 우수했으며, 호기속 다른 생체지표 가스 대비 약 5.2배 이상의 높은 선택도가 관찰되어 높은 정확도로 수소를 검출 할 수 있음을 확인했다.

정성용 연구교수는 “이번 연구는 대표적인 질병과 연관된 생체지표 가스를 초소형화가 용이한 산화물 반도체형 가스센서로 고감도 및 고선택적으로 검출했다는 측면에서 의미가 있으며, 추후 질병 자가 진단용 호기 센서 개발에 새로운 돌파구가 될 것으로 기대한다.”고 말했다.


[ 그 림 설 명 ]


그림 1. (상단) 분무열분해공정을 이용한 팔라듐이 첨가된 다공성의 산화주석 구조체 제작 과정 (하단) 팔라듐이 첨가된 다공성의 산화주석 구조체의 구조 및 성분 분석 결과



그림 2. (좌측부터) 팔라듐이 첨가된 산화주석 구조체의 가스감도 및 선택성 그래프와 동적 가스감응 특성



그림 3. 가스 감응 원리를 보여주는 대표 그림



그림 4. Journal of Materials Chemistry A지 Inside back cover 논문
 

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)