▲기존 연구와의 소자 성능 비교, 초박형 양자점 광센서 구현.
DGIST 제공
특히 DGIST는 "친환경 양자점 광센서는 약 40나노미터(nm)의 양자점 흡광층으로도 높은 소자 성능을 나타내고 외부 전원 없이 우수한 광검출 성능을 보여 웨어러블 광센서 응용 및 활용에 큰 장점을 가지고 있다"면서 "고분자 기반의 유연 기판 위에서 제작된 광센서를 광원과 결합해 웨어러블 맥박 센서를 제작했는데, 해당 센서는 0.5밀리미터(mm)의 곡률반경에서도 안정적으로 구동할 수 있는 유연성을 가지고 있어서 인체 부착 후 걷기와 뛰기 등 움직임이 있는 여러 상황에서도 안정적으로 맥박 측정이 가능했다"고 강조했다.
참고로, '곡률반경'이란 곡선의 미소한 부분을 생각하면 원호(圓弧)로 간주하는데, 이 원호의 반지름을 곡률 반경이라고 한다.
공동연구팀은 이번 연구를 시작하게 된 것은 최근 인구 고령화, 코로나19와 같은 유행성 질환의 대유행으로 인해, 장기간 몸에 부착하여 생체 신호를 획득할 수 있는 헬스케어 모니터링 시스템에 대한 수요가 커지고 있다는 점이 작용했다.
또한 기존의 실리콘 기반 광센서는 '무겁고 딱딱해 장시간 착용이 불편하다'는 단점과 함께, '피부와 밀접하게 접촉하지 못해 생체 신호를 정확하게 획득하지 못한다'는 한계점이 있어 실생활에서 흔하게 활용하지 못하고 있다는 것이 연구의 시작한 계기가 됐다.
더군다나 '나노기술의 씨앗'이라고 불리는 양자점을 발견하고 발전시킨 과학자 3인이 2023년 노벨화학상을 수상했다.
연구팀은 "양자점은 크기가 수 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기에 불과한 초미세 반도체 입자로 기존 반도체 소재 대비 우수한 광학적·전기적 특성으로 인해 전자와 정공(분자 내 전자들이 차지할 수 있는 자리에 전자들이 없을 경우를 의미)의 빠른 분리가 가능하다"면서 "광센서로 활용 시 응답시간이 빠르다는 장점을 가지고 있기에 이를 이용한 광센서 연구가 활발히 이뤄지고 있다"고 설명했다.
이어 "기존 양자점 광센서는 주로 수 마이크로미터 이상의 두꺼운 두께를 가지고 있고, 대부분의 연구가 독성이 있는 중금속을 포함한 황화납(PbS)과 같은 양자점을 활용하고 있기에 웨어러블 광센서로 실생활의 활용이 불가능했다"면서 "이처럼 기술 실용화에 한계가 존재하는 것을 극복하기 위해 '친환경 양자점 기반의 광센서' 기술 개발을 위해 본 연구를 개시했다"고 부연했다.