한국과학기술원(KAIST)은 전기·전자공학부 유승협 교수 연구팀이 날숨 속 이산화탄소 농도를 측정해 실시간으로 수면 건강을 진단할 수 있는 웨어러블 센서를 개발했다고 10일 밝혔다.

기존 이산화탄소 센서는 부피가 크고 소비전력이 높다는 한계가 있다. 이산화탄소 농도에 따라 형광의 세기가 변화하는 광화학적 이산화탄소 센서는 소형화가 가능하다는 장점이 있지만, 염료 분자의 광 열화 현상으로 인해 장시간 안정적으로 사용하기 어려웠다. 

연구팀은 발광다이오드(LED)를 유연한 박막형 유기 포토다이오드(빛을 모으는 장치)로 감싼 저전력 이산화탄소 센서를 개발했다. 광 효율이 높아 염료 분자에 쪼이는 광량을 최소화해 사용할 수 있다. 소비전력이 171㎼(마이크로와트·100만분의 1W)로, 수 ㎽(밀리와트)인 기존 센서보다 수십 배 낮은 수준이다.

연구팀은 또 형광 분자의 광 열화 경로를 규명해 광화학적 센서에서 사용 시간에 따라 오차가 증가하는 원인을 밝히고, 오차를 줄이기 위한 광학적 설계 방법을 제시했다. 무게 0.12ｇ, 두께는 0.7㎜ 수준으로 가볍고 얇아 마스크 안에 부착해 이산화탄소 농도를 측정할 수 있으며, 최대 9시간까지 연속으로 사용할 수 있다. 특히 실시간으로 들숨과 날숨을 구별해 호흡수까지 모니터링 가능하다고 연구팀은 설명했다.

유승협 교수는 "개발한 센서는 저전력, 고안정성, 유연성 등 우수한 특성을 갖고 있어 웨어러블 기기에 폭넓게 적용할 수 있다"며 "만성 폐쇄성 폐 질환, 수면 무호흡증 등 다양한 질병의 조기 진단에 사용할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 '디바이스' (Device) 지난달 22일 자 온라인판에 실렸다.