미세한 구조 변화도 감지하는 압력센서 개발

레이저의 색 변화를 이용해 건축물의 미세한 구조변화를 측정할 수 있는 압력센서를 국내연구진이 개발했다.

박홍규 고려대 물리학과 교수팀은 0.5% 미만의 미세한 압력변화도 감지할 수 있는 나노레이저 이용 압력센서를 개발했다고 23일 밝혔다.

최근 압력 변화를 감지해 건축물이나 신체의 상태 변화를 포착하는 센서 개발이 활기를 띄고 있다. 하지만 실제 적용하기엔 민감성이 떨어진다는 문제가 있었다.

연구진은 레이저가 하나의 파장(색) 만을 갖는다는 점에 착안 레이저의 색변화를 통해 변화를 살필 수 있는 기술을 개발했다. 못과 같은 결정이 반복적으로 배열된 구조를 유연한 기판에 넣어 압축이나 당기는 압력을 가하면 색이 변화하는 나노 레이저를 개발했다.

이 레이저는 -10%에서 12%까지 변형되는 동안 약 26nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m)의 파장 변화를 보였다. 일반적으로 0.6nm 가량 변할 수 있는 기존 레이저에 비해 더 높은 감도로 압력 변화를 감지할 수 있다는 것이다. 또 압력 크기 뿐 아니라 레이저 편광의 변화에 따라 압력이 가해지는 방향까지 시각적으로 알 수 있도록 설계했다.

연구진은 이 레이저를 적용한 압력센서를 개발한 결과 0.5% 미만의 미세한 구조 변화도 측정할 수 있음을 확인했다. 또 전체 구조 변화가 20%까지 되어도 측정할 수 있다.

연구진은 이 센서에 산도(pH) 변화에 따라 부피가 변하는 하이드로겔을 장착했다. 하이드로겔이 산도를 측정하면 부피가 변화해 센서에 압력을 가하며 색을 통해 산도를 파악할 수 있는 식이다.

박 교수는 “건축물의 구조 변화부터 생체 내부의 화학 반응 등을 감지할 수 있는 초소형 바이오센서까지 널리 응용될 수 있다”며 “최종적으로는 민감도를 더 높여 몸 속 암세포의 유무까지도 정확하게 판단할 수 있는 기기 개발이 목표”라고 말했다.

이번 연구결과는 학술지 ‘네이처’의 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션’ 12일자에 실렸다.

권예슬 동아사이언스기자 yskwon@donga.com