[뉴스웍스=문병도 기자] 김일두 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 교수 연구팀이 삼성전자 종합기술원과 공동연구를 통해 호흡으로 질병을 진단할 수 있는 가스 센서 플랫폼을 개발했다.

내뱉는 숨만으로 각종 질병 여부를 파악하는 비침습적 호흡 지문 센서 기술은 핵심 미래 기술이다.

내뱉는 숨에는 수분 외에도 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 수소뿐만 아니라 구취의 생체지표 가스인 황화수소, 메틸머캅탄, 디메틸설파이드의 3종 황 화합물이 포함된다.

황화수소는 수소 원자 2개와 황 원자 1개로 이루어져 있다.

녹는점은 섭씨 영하 82.9도, 끓는점은 영하 59.6도. 따라서 상온에서는 기체 상태로 존재한다. 실험할 때 기체의 색상이 투명하기 때문에 취급에 주의가 필요하다. 자체가 유독성이기도 하지만 폭발사고의 위험도 있기 때문이다.

황화수소 가스는 구취 환자에게서 높은 농도로 배출되는 생체지표 가스로서 선택적으로 감지하는 것이 매우 중요하다.

연구팀은 미량의 염화 나트륨(NaCl)과 백금 촉매를 전기방사를 통해 넓은 비표면적과 다공성 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유에 결착시켜 특정 생체지표 가스에 선택적으로 반응하는 감지 소재를 개발했다. 

나트륨과 백금의 복합촉매가 결착된 나노섬유 센서는 백금 촉매만 결착되거나 촉매가 결착되지 않은 센서 대비 각각 10배 및 200배 이상 감지 특성이 향상됨을 확인했다.

1ppm의 황화수소 가스에 대해 감도가 780배 수준으로 바뀌는 세계 최고 수준의 감도 특성을 확인했고, 호기 속 방해 가스 중 반응성이 좋다고 알려진 에탄올 가스 대비 약 277배 수준의 선택도가 관찰됐다.

김일두 교수는 "감지 소재 개발에 머물지 않고 실제 센서 디바이스 구현 및 호기 가스 임상시험을 통해 높은 정확도로 구취 유무를 판별할 수 있다는 측면에서 매우 의미가 있는 연구 결과"라며 "누구나 손쉽게 스스로 진단할 수 있는 자가 진단 기기의 진보는 의료비 지출 상승을 막고 지속적인 건강관리에 큰 도움이 될 것"이라고 말했다. 

연구 결과는 나노과학 분야의 권위적인 학술지 '에이씨에스 나노' 8월호 표지 논문으로 발행될 예정이며 관련 기술은 국내를 포함해 유럽, 미국, 중국에 특허로 출원됐다.