Sensor Development Based on Hydrochromic Polydiacetylene

Abstract

수변색 폴리다이아세틸렌(Polydiacetylene)은 미량의 수분이 닿으면 청색에서 적색으로 색이 변하며, 형광을 띄는 고분자이다. 따라서 미세 수분을 감지하는 분야의 센서 소재로 활용되고 있다. 본 연구에서는 이미다졸륨 기능기를 도입한 새로운 수변색 폴리다이아세틸렌을 이용하여 두 가지 분야의 센서로 응용하는 방법을 개발하였다. 첫 번째는 이미다졸륨 기능기를 도입한 수변색 폴리다이아세틸렌 (PCDA-Im)과 지지체 고분자를 혼합하여 복합체 필름을 만드는 방법이다. 기존의 수변색 폴리다이아세틸렌 센서는 유리와 종이같이 단단한 지지체 위에 코팅하는 형식이었기 때문에 피부의 굴곡진 부위에 접촉하기 어려웠다. 따라서 지지체 고분자로 폴리에틸렌옥사이드(PEO, Polyethylene oxide)를 선택하여 부드러운 물성을 가지도록 설계하였다. 혼합용액을 드랍캐스팅하여 간단하게 제작한 폴리다이아세틸렌-폴리에틸렌옥사이드 (PDA-Im/ PEO)의 복합체 필름은 자외선 노광에 의해 청색의 고분자 필름이 되고, 미량의 수분을 감지하여 적색으로 색전이하며, 형광을 띄는 성질을 확인하였다. 또한, PEO의 부드러운 기계적 물성으로 손, 발, 얼굴 등의 굴곡진 표면에 접촉이 쉬워 땀구멍에서 나오는 미세 수분의 맵핑이 가능한 것을 관찰하였다. 이 연구는 다한증 치료와 화장품 산업에 도움을 줄 것으로 기대하고 있다. 두 번째는 같은 물질인 이미다졸륨 기능기를 도입한 수변색 폴리다이아세틸렌 (PCDA-Im)을 이용하여 식물의 증산작용 센서로 응용하였다. 증산작용이란 식물이 기공을 열 때 수증기가 나오는 현상을 말한다. 기존에는 별도의 기기를 이용해야지만 잎의 넓은 부분의 증산작용을 측정할 수 있었고, 기공 개개의 증산작용을 정확히 파악하는 것이 어려웠다. 본 연구에서는 붓으로 수변색 폴리다이아세틸렌을 직접 코팅하는 방법을 이용하여 기공 개개의 증산작용을 파악할 수 있었다. 증산작용이 일어나는 특정 기공에서만 형광 신호가 나오는 것을 관찰하였고, 이를 통해 활성 기공에 대한 정보를 얻을 수 있었다. 이 방법을 통해 여러 외부환경(빛, 바람, 온도, 습도)에 의한 기공의 증산작용 변화를 관찰하였으며, 증산작용에 따른 형광 세기를 네 가지 단계로 나누어 분석하였다.