[ 아시아경제 ] 마스크 내부에 부착해 이산화탄소 농도를 측정하는 '수면 무호흡증 실시간 진단 센서'가 개발됐다.

이산화탄소는 주요 호흡 대사 산물로 이산화탄소 농도의 지속적인 모니터링은 호흡·순환기계 질병을 조기 발견·진단하는 데 중요한 지표가 되고, 개인 운동 상태 모니터링 등에도 폭넓게 활용될 수 있다.

유승협 KAIST 전기및전자공학부 교수 연구팀이 실시간으로 안정적인 호흡 모니터링이 가능한 저전력 고속 웨어러블 이산화탄소 센서를 개발했다고 10일 밝혔다.

기존 비침습적 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 많았다. 형광 분자를 이용한 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화·경량화가 가능하지만, 염료 분자의 광 열화 현상으로 장시간 안정적 사용이 어려운 단점이 있었다.

연구팀은 광화학적 이산화탄소 센서가 형광 분자에서 방출되는 형광의 세기가 이산화탄소 농도에 따라 감소하는 것을 이용하는 점에 주목했다. 형광의 변화를 효과적으로 검출하는 데 집중, 발광다이오드(LED)와 이를 감싸는 유기 포토다이오드로 이루어진 저전력 이산화탄소 센서를 개발했다.

기존 높은 수광 효율을 바탕으로 형광 분자에 조사되는 여기 광량이 최소화된 센서는 수 메가와트(㎽)를 소비했으나, 이번에 개발된 센서는 기존 센서보다 수십 배 낮은 171마이크로와트(㎼)를 소비하는 초저전력 센서다. 유연하고 가벼워 마스크 내부에 부착돼 이산화탄소 농도를 정확히 측정하고, 실시간 들숨과 날숨을 구별해 호흡수까지 모니터링할 수 있다.

기존 광화학적 센서의 고질적 문제였던 광 열화 현상에 따른 오차 발생을 효율적으로 감소시켜 최대 9시간까지(기존 기술 20분 이내) 안정적으로 연속 사용이 가능하며, 이산화탄소 감지 형광 필름 교체 시 다회 활용도 가능하다.

유승협 교수는 "개발한 센서는 저전력·고안정성·유연성 등 우수한 특성을 가져 웨어러블 디바이스에 폭넓게 적용될 수 있어 과탄산증, 만성 폐쇄성 폐질환, 수면 무호흡 등 다양한 질병의 조기 진단에 사용될 수 있다"면서 "특히, 분진 발생 현장이나 환절기 등 장시간 마스크 착용 환경에서의 재호흡에 따른 부작용 개선에도 사용될 것으로 기대된다"고 말했다.

KAIST 신소재공학과 김민재 학사과정과 전기및전자공학부 최동호 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 셀(Cell) 자매지인 '디바이스(Device)' 온라인판에 지난달 22일 공개됐다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr
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