3차원 다공성 그래핀 이용한 암 진단 센서 개발
3차원 다공성 그래핀 이용한 암 진단 센서 개발
  • 백두산 기자
  • 승인 2021.07.20 11:26
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광운대 박재영 교수 연구팀, 레이저 가공 기술 이용해 개발
웨어러블 스마트 의료/헬스케어 등에 핵심기술로 활용 기대
3차원 다공성 그래핀 유연전극 소재를 개발한 광운대 박재영 교수 연구팀. 박재영(왼쪽) 교수와 아부 박사과정생. 사진=광운대 제공
3차원 다공성 그래핀 유연전극 소재를 개발한 광운대 박재영 교수 연구팀. 박재영(왼쪽) 교수와 아부 박사과정생. 사진=광운대 제공

[대학저널 백두산 기자] 광운대학교(총장 유지상)는 전자공학과 박재영 교수 연구팀이 기계적, 전기적, 화학적 성능이 우수한 3차원 다공성 그래핀 유연전극 소재를 개발하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

다공성 그래핀 유연전극 소재는 다양한 웨어러블 의료/헬스케어 센서와 에너지 저장 소자 개발에 핵심 기술이다. 개발된 기술은 레이저 가공과 코팅 기술만을 이용해 소재와 디바이스를 제작할 수 있기 때문에 저가화 및 대량생산이 가능해 상용화 가능성이 높은 기술로 평가되고 있다.

박 교수 연구팀은 폴리아지리딘(polyaziridine, PAZ)으로 켑슐화한 포스포린을 3차원 다공성 그래핀에 코팅함으로써 불균일한 전기 전도성, 쉽게 깨지거나 변형되는 구조 문제를 성공적으로 해결했다.

폴리아지리딘(PAZ)을 사용한 비 공유 캡슐화 기술은 포스포린의 환경 노출 시 불안정성, 자가 응집 및 재 적층, 활성 기능성 그룹의 부족, 커피 링 효과를 경감시키는데 효과가 매우 컸다. 또한 2D 포스포린과 3D 다공성 그래핀을 연결하는 가교 효과를 통해 전극소재의 전기화학적 특성과 표면 활성 기능성을 크게 향상시켰다.

또한 박 교수 연구팀은 폴리아지리딘으로 켑슐화한 포스포린이 코팅된 3차원 다공성 그래핀 유연전극 소재를 이용해 고성능의 웨어러블 암 진단 센서, 심전도(ECG) 센서, 마이크로 수퍼캐패시터를 성공적으로 개발했다.

암 진단 센서는 0.1-700pgmL-1및 1–100ngmL-1의 선형 범위와 0.34pgmL-1의 검출한계, 그리고 높은 선택성을 보였다. 손가락 접촉 기반 심전도 센서는 피부 전극 인터페이스에서 상대적으로 낮고 안정적인 임피던스를 나타냈고, 측정된 센서의 신호 대 잡음비(13.5dB)는 Ag/AgCl 상용전극(13.9dB) 센서와 유사했다.

마이크로 수퍼커패시터는 16.94mF cm-2의 우수한 정전용량 특성을 나타냈다. 이러한 결과는 본 연구에서 개발한 3차원 다공성 유연전극 소재의 우수한 특성과 대량생산이 가능한 제작 공정기술이 다양한 산업 분야에서 크게 활용될 수 있음을 입증했다.

한편, 이번 연구는 한국 연구재단 바이오의료기술개발사업(NRF-2017M3A9F1031270)과 산업통상자원부 나노융합산업핵심기술개발사업(20000773)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과는 세계 최고의 기능성 소재 및 소자 연구 전문저널인 독일 와일리에서 출판하는 어드벤스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF:18.808) 2021년도 6월호에 표지논문으로 게재됐다.


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