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우리나라 나노센서 성능평가 기술, 국제표준으로 제정산업통상자원부 국가기술표준원(원장 진종욱, 이하 국표원)은 우리나라가 국제표준화기구(ISO)에 제안한 「나노센서 검출성능 기술」이 국제표준으로 제정되었다고 밝혔다. * 표준명: Nanotechnology — Performance characteristics of nanosensors for chemical and biomolecular detection — Part 1: Detection performance(화학적 및 생체분자 검출을 위한 나노센서의 성능 특성 ― 1부: 검출성능) 이번 제정된 표준은 ‘19.11월부터 약 4년에 걸친 논의와 검증 과정을 거쳐 제정(’22.12월)된 것으로 선진국이 주도하는 나노기술 분야에서 한국이 개발한 나노센서 관련 첫 국제표준이라는 데 의의가 있다. 나노센서는 기존 센서에 나노물질을 이용하여 성능을 향상시킨 센서 또는 나노물질과 나노전자소자를 결합시켜 만든 새로운 개념의 센서를 말하며, 기존 센서에 비하여 높은 감도를 가진다. 글로벌 나노센서 시장은 2021년 7억 1,050만 달러 규모에서 2027년 13억 7,560만 달러로 연평균 11.7% 성장 예상(출처: IMARC)되며, 최근에는 나노센서가 바이오, 환경 등의 분야에 신호 검출을 위한 센서로 활용되는 추세이며 바이오장비, 진단기기, 위해환경 감지기, 웨어러블 기기 등에 사용되는 핵심 부품이다. 그동안 센서의 검출성능 평가는 민감도와 특이도를 활용했다. 하지만 이것만으로는 초미세 크기까지 검출가능한 나노센서의 성능을 제대로 평가하기에는 한계가 있어 국제표준 개발이 추진되었다. 이번 제정표준은 우리나라 연구진이 개발한 검출성능 평가 기준(검출신호비율*, Detection Signal Ratio)을 새롭게 정의한 것이 핵심이다. * 진음성 시료 강도에 대한 진양성 신호 강도의 비율로 표준화 과정 중 국제적으로 합의된 기준 이 기준을 적용시 나노센서와 일반센서의 차별화된 성능을 제대로 평가, 비교할 수 있게 되어 국내외 센서시장에 나노센서 보급확대와 신제품 개발을 촉진할 것으로 예상한다. 표준개발자인 나노종합기술원 이문근 책임연구원은 “나노센서의 우수한 성능을 명확하게 표현할 수 있는 표준이 확보되어, 국내·외 혁신적인 나노센서 제품개발에 마중물이 될 것으로 기대한다.”라고 밝혔다. 또한, 바이오 나노센서 업계는 “나노센서 제품 성능을 판명할 수 있는 기준이 국제표준으로 제정된 데 환영한다.”라고 말하며, “이 기준으로 발급된 공인 시험성적서는 국내 식약처 또는 미국 FDA 승인에 활용 가능하며 향후 우리 제품의 해외시장 확대에 도움이 될 것”이라고 예상하였다. 한편, 진종욱 국표원장은 “나노센서의 시장이 급속히 성장하는 상황에, 우리나라가 나노센서 표준화의 선도국임을 확인하였다.”라면서, “나노센서 산업의 경쟁력을 강화할 수 있도록 국제표준 선점과 기업을 지원하는 국제표준화 활동을 확대해 나갈 것”이라고 말했다.
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표준연, 초전도 나노전기역학 소자 활용한 마이크로파 주파수 빗 생성기술 개발한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)이 2021년 자체 개발한 소자를 이용해 마이크로파 영역에서 주파수 빗을 생성하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이는 분자 단위 정밀 질량측정을 위한 고성능 센서에 활용될 수 있다. ▲KRISS 양자하이브리드팀 서준호 책임연구원(사진 좌측), 차진웅 선임연구원(사진 우측) / 사진 출처 : KRISS KRISS 양자하이브리드팀이 개발한 이번 기술은 초전도 나노전기역학 소자에 마이크로파 신호를 입력해 주파수 빗을 생성하는 기술이다. 주파수 빗은 여러 개의 주파수 신호가 머리빗처럼 일정하고 조밀한 간격으로 나타나는 현상을 가리킨다. 연구팀이 생성한 주파수 빗살의 간격은 나노역학 소자의 고유 주파수와 일치하기 때문에 이 간격을 측정하면 소자의 미세한 진동 주파수의 변화를 정밀하게 추적할 수 있다. ▲초전도 나노전기역학 소자에서의 마이크로파 주파수 빗 생성 실험결과 / 사진 출처 : KRISS 연구팀은 소자의 초전도 성능을 발현시키기 위해 소자를 액체헬륨냉동기에 넣어 극저온 환경을 구축했다. 이후 마이크로파 신호 생성기로 소자에 단일 주파수 신호를 입력해 주파수 빗 현상을 관측하는 데 성공했다. 기존에 사용된 나노역학소자의 주파수 측정법은 소자에 레이저를 쏘아 반사된 빛의 변화를 기준이 되는 레이저 빛과 간섭시켜 그 신호를 분석하는 방식이다. 이 간섭신호에서 나온 나노역학 소자의 주파수를 실시간으로 추적하기 위해서는 특정 주파수의 전기신호와 비교해야 한다. 이러한 방식은 복잡한 광학전자장비를 필요로 하기에 잡음 발생원이 많아져 측정성능이 떨어진다. ▲초전도 나노전기역학 소자 기반 마이크로파 주파수 빗 생성 개략도 / 사진 제공 : KRISS 이번 연구로 밝힌 주파수 빗 생성원리를 활용하면 기존 기술과 달리 복잡한 장비를 사용하지 않고도 단일 주파수의 마이크로파 신호를 입력해 나노역학소자의 진동 주파수를 측정할 수 있다. 이번 기술은 고성능 나노센서 등 정밀측정을 필요로 하는 다양한 응용분야에 활용 가능하다. 예를 들어 나노역학 소자에 단백질 분자와 같은 초미세 물질이 흡착되면 소자의 질량이 달라져 고유 주파수에 변화가 생기는데, 주파수 빗의 신호를 분석해 이 변화를 포착하면 흡착된 물질의 질량을 측정할 수 있다. KRISS 양자하이브리드팀 차진웅 선임연구원은 “주파수 빗 생성기법을 이용한 이번 측정법을 활용하면 기존 나노역학센서보다 수십 배 이상 향상된 정밀도를 얻을 수 있을 것”이라고 전망했다. 함께 연구를 수행한 서준호 책임연구원은 “이번 실험은 소자의 성능을 극대화하기 위해 극저온에서 진행했지만, 향후에는 상온에서도 기술을 구현시켜 다양한 산업분야에서 주파수 빗을 정밀측정에 응용할 수 있게 할 예정”이라고 밝혔다. KRISS 기본사업과 국가과학기술연구회, 한국연구재단의 지원을 받은 이번 연구결과는 나노 분야의 세계적 학술지인 나노 레터스(Nano Letters, IF:12.262)에 6월 게재됐다.