고려대학교 신소재공학부 임대순 교수 연구팀이 탄소나노튜브에 전도성 다이아몬드를 코팅해 극미량의 글루코오스*를 높은 감도로 감지할 수 있는 3차원 나노구조체 물질 합성에 성공했다.
지금까지는 낮은 농도에서 검출이 불가능해 체액보다 글루코오스 농도가 높은 혈액을 채취해야만 했다. 또한 적응양의 혈액에서는 정확한 포도당 농도가 검출되지 않아 수차례 채혈을 하는 번거로움도 있었다. 불편과 감염 등의 문제로 낮은 농도에서도 반응하는 센서개발이 요구되는 상황에서 이번 연구성과는 주목할 만하다.

연구팀은 탄소나노튜브에 다이아몬드를 코팅한 신소재를 만든 뒤 극미량의 글루코오스를 흘렸다. 그러자 신소재에 글루코오스가 달라붙으면서 산화돼 전자를 방출했고, 흘러나온 전자의 양을 측정한 값으로 글루코오스의 양을 추정할 수 있게 됐다. 바로 이 신소재가 정전하자기조립법과 화학기상증착법을 이용한 탄소나노튜브-다이아몬드 코어-쉘 나노선이다.
이번 연구 성과 역시 그동안 축적된 기술인 나노다이아몬드 입자를 활용한 것으로, 임대순 교수 연구팀은 오래 전부터 다이아몬드 증착에 대해 연구해왔다.
임대순 교수는 “보론이 도핑된 전도성 다이아몬드는 다양한 분야의 전극재료로 각광받고 있지만 700℃ 이상의 고온합성이 필요하고 화학안정성이 높아 센서의 특성을 향상시키기 어려웠다”며 “그런 이유로 우리 연구팀에서는 높은 검출감도가 예상되는 3차원 네트워크 형태의 다이아몬드 나노선으로 눈길을 돌렸던 것”이라고 설명했다.
일반적인 다이아몬드 나노선은 주로 평면 형태를 띠고 있지만 본 연구팀이 개발한 기술은 탄소나노튜브를 뼈대로 한 3차원 입체구조를 지녔다. 탄소나노튜브는 높은 전기전도도를 가진 벌집구조로, 내부공간이 많아 나노다이아몬드 입자형성에 유리하고, 그만큼 표면적이 늘어나 전기반응성이 높다. 실증 실험에서도 이 방법을 활용해 저농도 구간에서 기존 다이아몬드 박막 대비 약 650배 향상된 검출 감도를 보이는 것을 확인했다.
또한 침, 땀, 눈물에 포함된 낮은 농도의 글루코오스 검출뿐만 아니라, 해수 내 미생물의 배설물에 존재하는 글루코오스 농도 검출로 해수 내 미생물의 농도를 측정할 수 있게 돼 해수 환경 모니터링 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
임대순 교수는 “나노기술의 융합으로 합성된 신물질은 지금까지 측정되지 못했던 영역에서 고감도 특성을 보여 질병 진단 등 새로운 응용분야의 창출을 가능하게 할 것으로 생각된다”고 전했다. 이번 연구결과는 네이처 자매지인 NPG Asia Materials 온라인판 7월 25일자에 게재됐다. 백진기자 baekjin24@naver.com

*글루코오스(C6H12O6)는 탄수화물 대사의 중심적인 화합물이다. 달콤한 과즙, 동물의 혈액 및 림프액 등에 유리 상태로 존재하며 보통 포도당으로 불린다. 글리코젠, 녹말, 셀룰로스 등의 다당류, 성탕 등의 소당류 및 여러 배당체의 구성성분으로서, 뇌, 신경, 폐 조직의 에너지원으로 작용한다. 혈중 글루코오스 농도는 결핍증 및 당뇨병 진단에 활용된다.