러시아 스콜코보 과학기술연구소(Skolkovo Institute of Science and Technology), 유리 가가린 주립 공대(Yuri Gagarin State Technical University of Saratov), 독일 라이프니츠 연구소(IFW Dresden), 핀란드 알토 대학(Aalto University)의 연구진은 대기 중의 다양한 알코올을 탐지할 수 있는 코발트 산화물 나노박편 기반의 고감도 센서를 개발했다. 이 새로운 센서는 의료 진단 및 공기 중의 독성 메탄올을 탐지하는데 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.
스마트 기기와 사물 인터넷은 현재 큰 관심을 끌고 있고, 일상생활의 일부가 되어가고 있다. 미세먼지와 독성 물질들이 과거에 비해 더 많이 배출되고 있어서 우리가 숨쉬는 공기가 안전한지를 빠르고 정확하게 테스트할 수 있는 매우 민감한 소형 센서와 도구가 필요하게 되었다. 이미 광범위하게 사용되고 있는 일산화탄소 센서 이외에도 급성 중독을 발생시킬 수 있는 메탄올과 같은 알코올을 탐지할 수 있는 장치가 필요하다.
이번 연구진은 단순하지만 매우 민감한 알코올 감지기를 개발했다. 이번에 개발된 스마트기기는 전이금속 산화물 반도체로 구성되어 있고, 가스 분자의 흡착으로 인한 재료의 저항 변화로 가스를 검출한다.
새롭게 개발된 가스센서는 Pt 전극 위에 나노박편 형태로 전기화학적 합성에 의해 성장된 Co3O4로 구성되었다. 공기 중에서 300도까지 가열하면 물질은 계층적 형태를 가진 Co3O4로 변형된다.
이 새로운 기술의 특징은 센서의 전극 위에 코발트 산화물을 직접 성장시켜서 몇 분 안에 센서를 만들 수 있다는 것이다. 나노박편 형태의 코발트 산화물은 알코올 증기에 매우 민감하기 때문에 환자가 숨쉬는 공기로부터 다양한 질병 마커를 식별할 수 있다. 그래서 환자의 건강 상태를 평가할 수 있기 때문에 의료용 진단에 매우 유용하다. 또한 이 새로운 센서는 대기 중의 독성 물질을 식별하는데 도움을 줄 수 있다.
이 기술은 메틸알코올과 같은 유해 물질을 선택적으로 검출할 수 있기 때문에 기존 연구보다 한 단계 더 진보하였다. 최근 연구에서 메탄올/에탄올 혼합물에서 메탄올을 검출할 수 있다는 것을 증명하였다. 따라서 에틸알코올과 다양한 제제들이 포함된 약물들을 검출하는데도 적용될 수 있을 것이다.
이 연구결과는 Journal of Materials Chemistry A에 “Quasi-2D Co3O4 Nanoflakes as Efficient Gas Sensor versus Alcohol VOCs” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1039/D0TA00511H).
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