KAIST, 저전력 기반 유연 이산화탄소 센서 개발
적은 전력으로 최대 9시간 연속 사용..마스크 적용
적은 전력으로 최대 9시간 연속 사용..마스크 적용
KAIST는 유승협 전기및전자공학부 교수 연구팀이 날숨 속 이산화탄소 농도를 실시간으로 모니터링할 수있는 '저전력 고속 웨어러블 이산화탄소 센서'를 개발했다고 10일 밝혔다.
이산화탄소는 주요 호흡대사 산물로, 날숨에 포함된 이산화탄소 농도의 지속적인 모니터링은 호흡·순환기계 질병을 조기 발견·진단하는데 중요한 지표로 활용된다.
기존 비침습적 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 높은 한계가 있다. 형광분자를 이용한 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화가 가능한 장점이 있지만 염료 분자의 광 열화 현상으로 장시간 활용이 어려워 웨어러블 헬스케어 센서로 사용하는 데 제약이 있다.
연구팀은 발광다이오드(LED)를 유연하고 얇은 유기 포토 다이오드로 감싼 저전력 이산화탄소 센서를 개발했다. 이 센서는 무게 0.12ｇ, 두께는 0.7㎜ 수준으로 가볍고 얇아 마스크 안에 부착해 이산화탄소 농도를 측정할 수 있으며, 실시간으로 들숨과 날숨을 구별해 호흡수까지 모니터링이 가능하다.
특히 높은 광 효율로 형광 분자에 쪼이는 광량을 최소화할 수 있어 수 ㎽(밀리와트) 수준을 소비하는 기존 센서에 비해 수십 배 낮은 171㎼(마이크로와트)로 작동할 수 있다. 또한 기존 센서의 연속 사용 시간이 20분 이내인 데 반해 최대 9시간까지 안정적으로 작동하고, 이산화탄소 감지 형광 필름을 교체하면 재활용도 가능하다.
연구팀은 이산화탄소 센서에 사용되는 형광 분자의 광 열화 경로를 규명해 광화학적 센서에서 사용 시간에 따라 오차가 증가하는 원인을 밝히고, 오차를 줄이기 위한 광학적 설계 방법을 제시했다.
유승협 KAIST 교수는 "개발된 이산화탄소 센서는 저전력, 고안정성, 유연성 등 우수한 특성을 갖고 있어 웨어러블 기기에 폭넓게 적용할 수 있다"며 "만성 폐쇄성 폐 질환, 수면 무호흡증 등 다양한 질병의 조기 진단에 사용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '디바이스(지난달 22일자)' 온라인판에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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