홍원희 KAIST 교수(생명화학공학과·사진)팀이 금속이온을 손쉽게 감지할 수 있는 고감도 센서개발에 필요한 원천기술을 확보했다고 27일 밝혔다.

금속이온을 측정하는 방법으로는 ‘원자 흡수 분광도법’과 ‘유도결합 플라즈마 질량분석기 이용 방법’이 있다. 그러나 이 방법들은 거대한 장비를 이용해야 하기 때문에 휴대성이 떨어진다.

현재 휴대성 문제를 해결하기 위한 연구들이 진행되고 있는데, 대표적인 게 ‘양자점(quantum dot)’이나 ‘형광단(fluorophore)’을 이용한 연구다. 이런 연구는 금속이온 감지를 위해 복잡한 접합과정을 거쳐야 한다. 하지만 양자점은 그 자체가 중금속이라 독성이 있고, 형광단을 이용한 센서는 수용액에서 용해도가 낮아 적용하는 데 한계가 있다.

연구팀은 고유의 발광성을 가지는 카본 나이트라이드(graphitic carbon nitride)에 3차원 입방체 형태의 나노구조를 유도, 별도의 접합이 필요 없는 효율적인 센서를 개발했다. 이 센서는 기존의 휴대용 센서를 목적으로 개발된 물질보다 감도가 10배 이상 뛰어나다.

이번 연구성과는 나노구조를 갖는 카본 나이트라이드를 이용, 폐수에 존재하는 금속이온을 감지할 수 있게 됐다. 금속 이온에 의한 오염 여부를 손쉽게 알게 된 것이다. 또 몸속 혈액 내에 존재하는 금속 이온의 농도까지 쉽고 간단하게 감지 가능한 센서를 구현할 수도 있다.

홍원희 교수는 “나노구조를 유도해 다양한 성질을 복합적으로 이용, 이온·생체 분자 등 여러 가지 물질을 감지하는 센서로 널리 활용될 수 있는 원천기술”이라고 설명했다.

이번 연구는 교과부 미래기반기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구의 중요성을 인정받아 화학분야 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’지 12월호에 게재됐다.