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나성수-박진성 공동연구팀, 풀로 만든 마이크로 실 이용한 가스 센서 시스템 개발
  • 글쓴이 : 커뮤니케이션팀
  • 조회 : 1295
  • 일 자 : 2020-07-23


나성수-박진성 공동연구팀, 풀로 만든 마이크로 실 이용한 가스 센서 시스템 개발

센서 분야 최고 권위지 ACS Sensors 논문 게재
손가락 풀 놀이에 착안한 쉽고 간편한 마이크로 와이어 생성 연구

 

 

왼쪽부터 고려대 전자·기계융합공학과 김웅 박사과정, 이원석 BK 연구교수, 박진성 교수, 고려대 기계공학부 최현성 박사, 나성수 교수

▲ 왼쪽부터 고려대 전자·기계융합공학과 김웅 박사과정, 이원석 BK 연구교수, 박진성 교수, 고려대 기계공학부 최현성 박사, 나성수 교수


생체모사 기술은 생체 또는 환경에서 일어나는 다양한 현상에서 착안하여 종래의 기술을 업그레이드하거나 새로운 기술을 개발하는 것으로, 대표적인 예로는 연잎을 모사한 발수 코팅제 등이 있다. 이러한 생체모사 기술의 일환으로 거미가 거미줄을 만들어내는 과정과 유년 시절 누구나 해봤을 법한 풀을 이용한 놀이에 착안하여 쉽고 간편하게 마이크로 와이어(풀 실, Micro glue thread; μGT)를 생성하는 방식에 대한 연구가 고려대학교(총장 정진택)  기계공학부 나성수 교수, 전자·기계융합공학과 박진성 교수 공동연구팀에 의해 보고돼 화제다.


기존의 마이크로 와이어를 생성하는 방식은 장비를 이용하여 빠르게 마이크로 와이어를 생성하는 방식이 주로 사용됐다. 그러나 이러한 방식은 마이크로 와이어의 직진성이 떨어지고, 다양한 소재나 특성을 가진 마이크로 와이어를 만들기 위해서는 복잡한 과정을 가져 단점이 일부 존재한다. 고려대 연구팀은 손가락 표면에 풀을 바르고, 손가락을 붙였다 뗐다 하는 단순한 동작을 통해 빠르고 쉽게 마이크로 와이어(μGT)를 생성하는 방법을 제시했다.


연구팀은 다양한 실험(인장력 테스트, 용해도, 성분 분석, 접착력 분석, 현미경 분석 등)들과 동역학 시뮬레이션을 통해 생성된 마이크로 와이어(μGT)의 전반적인 특성에 대해 분석하고 원인을 규명했다. 분석결과, 마이크로 와이어(μGT)는 강한 기계적 강성도(~50 GPa)를 가지면서도, 에탄올을 이용하여 마이크로 와이어(μGT)의 두께 조절이 가능함을 확인했다. 최종적으로는 마이크로 와이어에 환원 그래핀 옥사이드를 혼합하여, 전도성 마이크로 와이어의 생성에 성공했고, 이를 이용해 이산화질소 가스 검출 센서 플랫폼, 습도 센서로 활용될 가능성을 확인했다.


개발된 마이크로 와이어는 쉽고 빠르게 제작이 가능할 뿐 아니라 강한 기계적 강성도를 가지고 있으며, 다양한 나노입자와의 혼합을 통해 다양한 성질을 가질 수 있다. 이를 통해 개발된 마이크로 와이어를 이용한 다양한 응용실험들이 가능할 것으로 기대된다.


본 실험을 주도적으로 진행한 김웅 박사과정 연구원은 “누구나 알고는 있지만, 연구테마로 생각하지 못한 주제로 다양한 실험과 응용기법들을 연구했던 경험이 매우 유익했다.”며 연구 소감을 밝혔다.


이번 연구는 한국연구재단의 기초연구사업 중견연구(전략과제, 보호·육성분야), 바이오·의료기술개발사업 및 한국환경산업기술원의 환경기술개발사업 지원으로 수행됐으며, 연구성과를 인정받아 센서 분야 최고 권위지 중 하나인 ACS Sensors (Impact factor: 7.333. 분석화학 분야 상위 3위, 3.48%)에 2020년 6월 23일 게재됐다.
* 논문명: Bioinspired micro glue threads fabricated by liquid bridge-to-solidification as an effective sensing platform)
* 논문저자: 김웅 고려대 박사과정(제1저자), 이원석 박사(제1저자, 연세대 졸), 최현성 박사(제1저자, 고려대 졸), 이규도 고려대 생명정보공학과 교수(공동저자), 손종상 박사(공동저자, 연세대 졸), 이상원 고려대 박사과정(공동저자), 박주형 고려대 박사과정(공동저자), 김우창 고려대 박사과정(공동저자), 김민우 고려대 박사과정(공동저자), 윤대성 고려대 바이오의공학부 교수(공동저자), 방도연 박사(공동저자, 연세대 졸), 나성수 고려대 기계공학부 교수(교신저자), 박진성 고려대 제어계측공학과 교수(교신저자)

 

그림1
< ACS Sensors>지 논문 온라인판 게재 내용 >

 

 

 

사진1
▲ 그림1: 생체모사 마이크로 풀실 제작 모식도. a)-c) 거미줄의 생성 과정. 리퀴드 브릿지-솔리디피케이션 과정. d)-e) 제작된 생체모사 마이크로 풀실. f) 접촉면적에 따라 발생한 마이크로 풀실의 수.

 

 

사진2

▲ 그림2: 생체모사 마이크로 풀실의 다양한 성질 분석. a) 접착력 테스트 결과. b) 마이크로 풀실 두께 조절 가능성 확인. c) 인장력 테스트 결과 (단일 가닥 약 50 GPa). d)-f) 분자동역학 시뮬레이션을 통한 인장력 테스트, 시간에 따른 힘 측정, 에탄올 유무에 따른 피크포스 최대치 측정 결과.

 

사진3
▲ 그림3: 논문 대표 모식도. 환원된 그래핀 옥사이드가 혼합된 생체모사 마이크로 풀실을 이용한 이산화질소(NO2) 가스 검출 모식도.

 

 

 

 

커뮤니케이션팀 서민경(smk920@korea.ac.kr)