한국기술교육대학, 숨 속 ‘조 단위 농도’까지 잡아내는 고성능 가스센서 개발

(사진 ) 주저자 정재한 학생(좌)과 심영석 지도교수(우)

한국기술교육대학교(KOREATECH·총장 유길상) 에너지신소재화학공학부 심영석 교수 연구팀이 사람의 숨 속에 포함된 극미량 성분을 정밀하게 감지할 수 있는 고성능 가스센서를 개발했다.

이번 연구는 석사과정 정재한 학생이 주저자로 참여했으며, 연구 성과는 SCI(E)급 국제 학술지 Chemical Engineering Journal 온라인판에 게재된 데 이어 2026년 3월 15일 발간호에도 실릴 예정이다.

사람의 호흡에는 아세톤 등 휘발성 유기화합물이 미량 포함돼 있다. 이러한 성분은 인체의 대사 상태와 밀접한 관련이 있어 정밀 측정이 가능할 경우 건강 상태 분석에 활용될 수 있다. 그러나 호흡에는 수분이 많고 다양한 기체 성분이 혼합돼 있어 정확한 감지가 쉽지 않다는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 ‘나노나선(nanohelices) 구조’를 적용한 새로운 형태의 센서를 설계했다. 나선형의 미세 구조물을 여러 겹으로 쌓아 가스 분자가 센서 표면과 접촉하는 빈도를 획기적으로 높인 것이 핵심이다. 그 결과 기존 평면 구조 센서 대비 약 80배 이상 향상된 민감도를 구현했다.

여기에 촉매 역할을 하는 산화코발트(Co₃O₄)를 초박막 형태로 코팅해 감지 성능을 한층 끌어올렸다. 이를 통해 조 단위 농도(ppt, Parts Per Trillion) 수준의 극미량 가스까지 구분할 수 있는 것으로 확인됐다.

특히 높은 습도 환경에서도 비교적 안정적인 감지 성능을 유지했으며, 약 8개월간 진행된 장기 구동 시험에서도 초기 성능의 대부분을 유지하는 등 내구성과 신뢰성도 입증했다.

이번 연구 성과는 향후 호흡 분석 기반의 비침습적 건강 모니터링 기술은 물론, 산업 현장 및 환경 오염 물질 감시 분야 등으로도 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

심영석 교수는 “이번 연구는 숨 속에 포함된 매우 미세한 성분을 정밀하게 측정할 수 있는 기술적 기반을 마련했다는 점에서 의미가 크다”고 밝혔다. 정재한 학생은 “나노 구조를 정밀하게 제어하는 과정이 가장 큰 도전이었지만, 세계적 수준의 성능을 확인해 큰 보람을 느낀다”고 말했다.

한편 이번 연구에는 한국화학연구원, 홍익대학교, 한국생산기술연구원이 공동연구기관으로 참여했다.