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전남대학교 전남대학교 화공생명공학과 정헌호 교수 연구팀이 다양한 산업현장에서 사용되는 인체에 유해한 휘발성 유기용매를 저비용으로 빠르고 간편하게 식별할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

휘발성 유기용매(벤젠, 포름알데히드, 클로로포름 등)는 끓는점이 낮아 쉽게 증발하며, 광화학 스모그를 유발하거나 발암성 물질로 작용하는 등 인체에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 이에 따라 산업 종사자는 물론 일반인도 손쉽게 이들 용매를 감지할 수 있는 기술의 필요성이 꾸준히 제기돼 왔다.

전남대와 아주대로 구성된 연구팀은 광경화성 불소수지고분자(fluoropolymer)를 활용해 양면-포토리소그래피(double-sided photolithography) 방식으로 삼차원 채널 구조를 갖춘 내화학성(chemical resistance) 종이칩을 개발하는 데 성공했다. 또한, 종이칩에 정교한 유체 제어 기능과 비색 감지 기능을 접목해 휘발성 유기용매(Volatile Organic Compounds, VOCs)를 검출할 수 있는 광유체소자(Optofluidic device)를 구현했다.

연구팀은 특히 고분자 기반 흐름제어 관문(macromolecule-driven flow gate, MDF gate)과 광결정 필름(Photonic crystal film)을 종이칩에 적용해, 인간의 후각 시스템을 모방한 유기용매 감지 기술을 구현했다. 인간의 후각은 다양한 냄새 분자를 수많은 후각 수용체의 신호 패턴으로 구별하는 원리를 갖고 있는데, 연구팀은 이를 응용해 종이칩에서 흐름제어 관문과 광결정 필름이 후각 수용체 역할을 수행하도록 설계했다. 이를 통해 비색 신호를 디지털화해 다수의 유기용매를 식별하는 데 성공했다.

정헌호 교수는 “이번에 개발한 종이 기반 광유체소자는 전문가가 아니더라도 현장에서 간편하게 유기용매를 식별할 수 있는 기술”이라며 “향후 다양한 센서 개발을 통해 수백, 수만 가지의 유기용매를 감지할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 전남대 정헌호 교수(화공생명공학과)와 아주대 심태섭 교수(화학공학과)가 공동 교신저자로 참여했으며, 전남대 최진솔 석사(화공생명공학과)와 아주대 오치영 박사과정생(에너지시스템학과)이 공동 제1저자로 연구를 수행했다.

이 연구는 한국연구재단(NRF)의 기본연구 및 우수신진연구과제 지원을 받아 진행됐으며, 세계적 학술 출판사인 네이처 퍼블리싱 그룹(Nature Publishing Group)에서 발행하는 국제 학술지 「Microsystems & Nanoengineering」 (영향력 지수 7.3, JCR 상위 3.3%) 1월호에서 ‘Featured Article’로 선정됐다.

*논문 원제
Optofluidic paper-based analytical device for discriminative detection of organic substances via digital color coding