전도성 고분자 나노재료를 이용한 차세대 센서 기술개발 현황

Abstract

정보산업의 급격한 발전에 따라 플라스틱 일렉트로닉스(plastic electronics) 소재에 대한 개발이 국제적으로 요구되고 있으며, 특히 소형, 고신뢰성, 고감도 차세대 센서 개발에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 현재 차세대 센서용 소재관련 연구는 탄소 나노튜브, 금속 및 무기반도체 나노재료를 중심으로 활발히 진행되고 있다. 탄 소 나노튜브는 다양한 합성방법의 개발을 통해 꾸준히 연구가 진행 중이나, 값비싼 제조비용과 키랄성(chirality)에 의존적인 전기적 물 성, 비활성 표면 등의 단점으로 인해 실용화에 제약을 받고 있다. 이 에 반해 전도성 고분자는 분자설계의 다양성, 가공의 용이성, 저중량, 유연성 등과 같은 다양한 장점을 갖고 있다. 따라서 폴리피롤, 폴리아 닐린, 폴리싸이오펜 및 그 유도체를 비롯한 다양한 종류의 전도성 고 분자들이 화학・바이오센서용 트랜스듀서에 적용되어 왔다. 공액이중결합 구조를 가진 전도성 고분자는 가역적인 산화ᆞ환원 반 응에 의해 특정 분석물에 대한 전도도, 무게, 부피, 색깔 등의 변화를 나타낼 수 있다. 전도성 고분자 트랜스듀서는 금속 및 무기 반도체 재료와 비교할 때 상온에서 높은 감응도와 신속한 반응시간을 나타내며, 합성 조건 및 도펀트 이온 등의 조절을 통해 센서 성능을 용이하게 제어할 수 있다. 표 1에서는 전도성 고분자를 이용한 다양 한 센서(가스센서, 알콜센서, 혈당센서, 면역센서) 연구를 나타내었다. 전도성 고분자를 트랜스듀서로 이용하여 암모니아, NOx, 에탄올과 같 은 화학물질에서 포도당, DNA, 바이러스와 같은 생체물질에 이르기 까지 다양한 분석물을 탐지하기 위한 연구가 활발히 진행되어왔다. 그러나 벌크 형태의 필름을 이용하는 기존의 전도성 고분자 센서는 반 응속도, 감응도 및 소형화 측면에서 성능향상의 한계점을 가지고 있 다. 이러한 문제점을 극복할 수 있는 대안으로 현재 전도성 고분자 나 노재료를 이용한 센서 연구가 국내외 학계 및 산업계에 비상한 관심 을 모으고 있다. 특히 화학ᆞ바이오센서는 화학종 또는 생화학 반응 에 의해 일어나는 신호를 전기적 또는 광학적 신호로 바꾸는 소자로 과학전반에 걸친 기반기술이며 미래형 융합기술이기도 하다. 따라서 본 총설에서는 전도성 고분자 나노재료의 제조방법 및 이를 이용한 다 양한 화학ᆞ바이오센서 개발 현황에 대해 소개하고자 한다.