사람의 날숨에 포함된 질병과 관련된 미량의 바이오마커 가스를 선택적으로 감지하는 기술이 개발됐다.

KAIST는 김일두 신소재공학과 교수 연구팀이 삼성전자 종합기술원과 공동연구를 통해 소량의 나트륨과 백금 촉매를 금속산화물에 기능화해 호흡으로 질병을 진단할 수 있는 '가스 센서 플랫폼'을 개발했다고 28일 밝혔다.

가스 센서 플랫폼은 혈액 채취나 영상 촬영 없이 사람이 내뱉는 숨만으로 각종 질병 여부를 파악할 수 있으며 질병 대사가 일어나는 시점부터 숨 속에 포함된 특정 가스 농도 변화를 감지하므로 질병의 조기 진단에 도움이 될 것으로 보인다.

연구팀은 80건의 날숨 분석을 통해 86.3%에 이르는 정확도를 보였다고 설명했고 기존에 개발된 센서들보다 감지 성능은 물론 정확도와 신뢰도가 큰 폭으로 향상됐다고 전했다.

기존에도 백금, 팔라듐 등 특정 촉매를 결합하거나 금속산화물 접합 구조를 도입해 감지 특성을 높이려는 시도는 있었으나 10억분의 1(ppb) 농도에서 바이오마커 가스 감지 특성이 높지 않은 게 한계였다.

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·200배 이상 감지 특성이 향상됨을 확인했다.

특히 황화수소 가스 1ppm에 대한 감도가 780배 수준으로 향상됐다. 이는 기존에 알려진 에탄올 가스 대비 약 277배 수준의 선택도로 세계 최고 수준에 이른다. 또한 연구팀은 간단하게 날숨을 불어넣는 것만으로도 개개인의 호흡을 분석해 일반인도 쉽게 건강 이상을 판별할 수 있는 '휴대용 복합센서 디바이스 플랫폼'을 개발했다.

김 교수는 "감지 소재 개발에 머물지 않고 실제 센서 디바이스 구현 및 호기 가스 임상시험을 통해 구취 유무를 정확히 판별한다는 측면에서 의미있다"면서 "자가 진단 기기를 통해 누구나 손쉽게 스스로 건강을 진단할 수 있게 되면 의료비 지출 상승을 막고 지속적인 건강 관리를 하는데 큰 도움이 될 거라 본다"고 말했다.

이번 연구 결과는 미국화학학회 'Weekly PressPac' 에 소개되었으며 나노과학 분야 저명 학술지인 'ACS Nano' 8월호 표지 논문으로 게재될 예정이다.