초록 ▼

▣ 연구개요
본 과제는 유기반도체/전해질 융복합 소재를 이용하여 사람의 날 숨에 섞인 특정바이오 마커를 구별 할 수 있는 고성능 플렉서블 화학 센서어레이를 구현하여 “호기를 이용하여 질병 진단 및 모니터링이 가능한 차세대 유기물 화학센서 상용화 플랫폼 기술”을 확립하는 것을 최종 목표로 함.

▣ 연구 목표대비 연구결과
□ 유기물 반도체:전해질 융합 소재 개발 및 이를 이용한 2 전극 화학저항센서(Two-terminal Organic Chemiresistors (TOCs) 동작 원리 규명
⦁ PF

▣ 연구개요
본 과제는 유기반도체/전해질 융복합 소재를 이용하여 사람의 날 숨에 섞인 특정바이오 마커를 구별 할 수 있는 고성능 플렉서블 화학 센서어레이를 구현하여 “호기를 이용하여 질병 진단 및 모니터링이 가능한 차세대 유기물 화학센서 상용화 플랫폼 기술”을 확립하는 것을 최종 목표로 함.

▣ 연구 목표대비 연구결과
□ 유기물 반도체:전해질 융합 소재 개발 및 이를 이용한 2 전극 화학저항센서(Two-terminal Organic Chemiresistors (TOCs) 동작 원리 규명
⦁ PF₆^-, BF₄^-, TFSI^- 음이온을 각각 포함한 전해질 합성 및 융합소재 합성.
⦁ 전기저항 및 GIWAXS 분석을 통해 PF₆^- 음이온을 포함한 전해질이 상온 결정구조를 갖으며, 유기반도체와 융합시 안정적인 전기화학반응을 유도할 수 있음을 이해.
⦁ 실시간 Raman 분광법을 통해 선택적으로 유기반도체의 전기화학적 도핑 특성을 관찰할 수 있었으며, 유기화합물 노출 시 극성에 따라 서로 다른 전기화학변화를 관찰.
⦁ 실시간 GIWAXS 분석을 통해 선택적으로 전해질의 물리적 결정구조를 관찰할 수 있었으며, 유기화합물 노출 시 극성에 따라 서로 다른 결정구조 변화를 관찰.
□ 잉크젯 프린팅을 이용한 탈부착 가능 2전극 멀티 화학저항센서 어레이 제작 및 최적화
⦁ 탈부착 가능한 Bottom contact 구조의 신규 16개 멀티 어레이 소자 design 및 마스크 설계 완료.
⦁ 제작된 멀티셀 소자를 한번 전극 컨택을 할 수 있는 핀블록 type의 zig 설계 및 제작 완료.
⦁ zig 내부로 VOC가 직접적으로 입사가 될 수 있는 신규 inlet 구조 설계 및 제작 완료.
⦁ 순차적 16개 소자를 스위칭하여 측정할 수 있는 소프트웨어 설계 완료.
⦁ 상온에서 ppb level 수준의 초고감도 화학저항 센서 개발 성공: Limit of detection (LOD) for Acetone ~ 760 ppb; Toluene ~ 960 ppb.
“상온구동 유기 저항센서에서 최고수준의 감지성능 확보”
⦁ Radar plot을 이용하여 극성, 비극성 VOC에 따른 패턴을 분석
□ 호기에 포함된 바이오마커들의 저항패턴을 이용한 비침습적 질병진단 기술개발
⦁ 융합비가 서로 다른 4가지 센서 포함하는 임상 실험용 멀티 화학저항센서 어레이 제작 및 감지특성 최적화
⦁ 기관윤리위원회 (IRB)의 임상실험 심의요청 및 승인 (120명 규모 인체 유래물 연구: 호기가스)
- 광주과학기술원
- 화순전남대학교 병원.
⦁ 폐암환자 (28명), 당뇨환자 (23명), 정상인 (27명)의 호기채집 및 멀티 화학저항센서의 저항 변화 측정
⦁ 질병에 따른 사람의 호기를 노출하여 얻은 16개 멀티 어레이의 전기저항 패턴 확보 및 주성분 분석을 통한 질병진단 가능성 예측

▣ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
⦁ 휴대성을 겸비함과 동시에 유기화학저항센서의 대폭적인 감도 및 선택성 향상 기술 확보.
⦁ 상온 ․ 저전력 구동, 높은 전하 이동도, 인쇄 공정이 가능하기 때문에 저비용 소자 제작과 함께 목적에 따라 맞춤형 또는 초소형으로 제작 가능기술 확보.
⦁ 인체 질병 진단센서 뿐 아니라 환경 오염 및 위험 화학 물질 센서(배기가스 센서, 대기 감지 센서, 유해 가스 센서), 식료품 부패도 측정 센서 등과 같은 친환경 생활 밀착형 센서로의 응용 가능.
⦁ 차세대 전자 기기로 활발히 연구 개발 중인 플라스틱 전자 소자들과의 융합 가능함으로서 새로운 부가가치 및 고용 유발 효과 창출.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 1) 연구수행 과정 ... 4
• 2) 연구범위 및 연구수행 방법 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 5
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 5
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 (연구개발결과의 중요성) ... 13
• 4-1) 유기물반도체/전해질 융복합체를 응용한 다양한 전자센서소자 개발 ... 13
• 4-1) 유기반도체의 이온성 전해질에 의한 도핑현상의 응용 ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 5-1) 추가연구의 필요성 ... 13
• 5-2) 타 연구에의 이용 ... 13
• 5-3) 기술이전 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 19
• 끝페이지 ... 34