KAIST, 수면 무호흡증 실시간 진단 센서 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 기존에 판매되는 마스크 내부에 센서를 부착해 이산화탄소 농도를 측정했다.

한국과학기술원(KAIST)은 유승협 전기전자공학부 교수 연구팀이 실시간으로 호흡 모니터링이 가능한 저전력 고속 웨어러블 이산화탄소 센서를 개발했다고 10일 밝혔다.

KAIST 연구진.(왼쪽부터)최동호 박사과정, 유승협 교수, 김민재 학사과정.(사진=KAIST)

기존 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 높다는 한계가 있었다. 형광 분자를 이용한 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화하거나 경량화가 가능하지만 염료 분자의 광 열화 현상으로 오랜 시간 사용이 어려워 웨어러블 헬스케어 센서로 사용하기 어려웠다.

광화학적 이산화탄소 센서는 형광 분자에서 방출되는 형광의 세기가 이산화탄소 농도에 따라 줄어드는 점을 이용하며, 형광 빛의 변화를 효과적으로 검출하는 것이 중요하다.

연구팀은 LED와 이를 감싸는 유기 포토다이오드로 구성된 저전력 이산화탄소 센서를 개발했다. 높은 수광 효율을 바탕으로 형광 분자에 조사되는 여기 광량이 최소화된 센서는 수 mW 수준을 소비하는 기존 센서에 비해 수십 배 낮은 171μW의 소자 소비전력을 달성했다.

또 이산화탄소 센서에 쓰는 형광 분자의 광 열화 경로도 알아내 광화학적 센서에서 사용 시간에 따라 오차가 증가하는 원인을 밝히고, 오차 발생을 억제하기 위한 광학적 설계 방법을 제시했다.

시험 결과, 기존 광화학적 센서의 광 열화 현상에 따른 오차 발생을 줄이고, 최대 9시간까지 안정적으로 연속 사용이 가능한 것으로 나타났다. 특히 0.12g 수준으로 가볍고, 0.7mm로 얇고 유연해 마스크 내부에 부착해 이산화탄소 농도도 측정할 수 있었다.

유승협 교수는 “개발한 센서는 저전력, 고안정성, 유연성 등 우수한 특성을 가져 웨어러블 디바이스에 폭넓게 적용할 있다”며 “과탄산증, 만성 폐쇄성 폐질환, 수면 무호흡 등 다양한 질병의 조기 진단에 사용될 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘디바이스(Device)’ 온라인판에 지난달 22일 공개됐다