서울과학기술대학교(총장 이동훈, 이하 서울과기대) 화공생명공학과 구형준 교수 연구팀(제1저자 박예진 연구생)이 국민대학교 신소재공학부 김용주 교수와 한국생산기술연구원 소재부품융합연구부문 소주희 수석연구원과의 공동연구를 통해, 분자량이 다른 액상 알코올을 손쉽게 구분해낼 수 있는 섬유형 센서를 개발했다. 

 이 연구 결과가 지난 9월 28일(화), 화학/환경공학 부문 최우수 저널인 「Chemical Engineering Journal (I.F.: 13.273, JCR Ranking%: 2.45%)」 에 ‘Alcohol-sensing Microfiber: Dependence of Conductance of a Hydrated Composite Fiber on Normal Aliphatic Alcohol’ 라는 제목으로 온라인 게재되었다.

 알코올은 소독제, 위생용품, 주류, 화장품, 의료 용품, 연료 등 실생활에서부터 산업현장에까지 널리 활용되고 있다. 그러나, 알코올은 휘발성이 높고, 발화 또는 부식의 위험성이 있을 수 있기 때문에 주의를 기울여 사용해야 한다. 또한, 알코올은 유사한 구조를 갖더라도 분자량에 따라 생체 독성이 크게 달라지기 때문에 알코올을 효과적으로 분별, 검출할 수 있는 기술이 지속적으로 요구되고 있다.

 연구팀은 전도성 나노 충진재가 친수성 고분자 섬유에 분산된 형태의 복합체 섬유를 이용하여 알코올 센서를 개발했다. 
 이 섬유형 센서는 수화(hydration)된 상태에서 알코올에 노출 시 섬유 내부의 물과 외부 알코올의 물질전달에 의해 부피 변화가 일어나게 되고 알코올의 종류에 따라 저항 변화가 크게 달라짐을 실험과 이론적 계산을 통해 확인하였다. 
 노출된 알코올과 수화된 섬유 센서 내에 존재하는 수분 간에 경쟁적인 물질전달이 일어나며 그 결과 센서 섬유의 부피 수축 (저항 감소) 또는 팽창(저항 증가)이 일어나게 되는 것이다. 

 이 섬유형 알코올 센서는 특히 탄소 원자가 한 개 붙어있는 메탄올(CH3OH)부터, 두 개 붙어있는 에탄올(C2H5OH)에서 다섯 개 붙어 있는 1-펜탄올(C5H11OH)까지, 다섯 종의 1가 알코올을 십여 초 만에 정확하게 검출하였다. 즉, 본 센서를 이용해 단일 액상 1가 알코올의 종류를 알아낼 수 있었다. 
 이뿐만 아니라, 메탄올과 에탄올 등 알코올 혼합 용액의 조성도 읽어낼 수 있었으며, 최종적으로 알코올 도수가 다른 상용 주류 역시 구분이 가능함을 확인하였다.

 구형준 교수는 “본 섬유형 알코올 센서는 제작 및 검출 원리가 간단하고 제조 비용이 적게 들어 사업화 가능성이 높으며, 기계적 강도가 높은 동시에 유연성도 뛰어나 휴대 및 다양한 소자에 적용이 용이할 것”이라고 기대감을 보였다. 
 연구와 관련한 특허는 등록이 완료된 상태이며, 현재 창업 또는 기술이전을 통한 사업화 방안을 모색 중이라고 덧붙였다.

 해당 연구는 과학기술정보통신부의 개인기초연구사업, 도전형 나노소재 기술개발사업, 경기도 기술개발사업 등의 지원을 받아 수행되었다. 

하영 기자 다른기사 보기