① 음이온과 화학적 상호작용을 통해 탈양자화가 이루어지는 이중수소결합 도너 구조설계 (1년차) ‣ 음이온과 효과적으로 상호작용할 수 있는 리셉터 구조의 설계와 최적화된 리셉터 구조를 제시함으로써 탈양자화 현상을 체계적으로 규명함. 구체적으로, 리셉터 구조에 있어서 A) 양전하를 띄는 그룹, B) 이중 수소결합 도너의 구조 및 C) 전자 당김 기능기(electron withdrawing group)로 크게 세부분으로 나누어서 각각의 요소가 음이온과 화학적 상호작용을 통해 탈양자화가 이루어지는 현상을 정량적으로 규명하고, 음이온 센서 신호 전달에 미치는 영향을 규명하고자 함. A) 첫째로, 양의 전하를 띄는 기능기가 이중 수소결합 도너와 결합되었을 때, 음이온 결합에 의해 탈양자화 현상을 정량적으로 규명하기 위하여 양의 전하를 띄지 않는 hydroxyl(-OH) 기능기를 가진 리셉터를 합성하여 음이온 결합력을 비교 분석할 계획임. B) 서로 다른 이중 수소결합을 가지는 구조(e.g., thiourea, squaramide 및 croconamide)에 대하여, 음이온 결합력과 탈양자화 현상을 각각 비교 분석할 계획임. C) 이중 수소결합 도너 그룹에 추가적으로 기능화시킬수 있는 전자 당김 기능기 (Electron withdrawing group)에 따라서 나타나는 음이온 결합력을 정량적으로 평가하고 탈양자화 현상을 관찰 할 것임. ② 리셉터-탄소나노튜브 복합소재 개발 및 음이온 결합에 의한 탈양자화 현상을 전기적 신호로 변환(2년차) ‣ 최적화가 이루어진 리셉터를 활용하여 음이온과 리셉터의 화학적인 상호작용(탈양자화 현상)을 전기적인 신호로 변환하기 위한 리셉터-탄소나노튜브 복합소재를 개발. 리셉터는 폴리머에 공유결합 방식으로 기능화가 이루어 질 수 있으며, 기능화가 이루어진 폴리머가 탄노나노튜브를 비공유결합 방식으로 결합함으로써 표면에 기능화가 이루어 질 수 있음. ‣ 리셉터와 음이온 간에서 발생하는 화학적 상호작용을 탄소나노튜브를 활용하여 전기적인 신호로 변환하는 것이 핵심 기술임. 리셉터가 기능화된 탄소나노튜브를 활용하여 다양한 음이온이 주입되었을 때, 나타나는 전기적인 신호를 측정하여 특정 음이온을 선택적으로 감지하는 것을 목표로 함. 다양한 리셉터를 활용하여 음이온에 대한 전기적인 신호의 변화를 관찰하고, 음이온이 주입되었을 때 탈양자화 현상이 전기적인 신호변환에 미치는 영향을 체계적으로 평가할 계획임. ③ 생체 바이오마커 음이온 분석을 위한 IoT 기반 바이오 센서 프로토타입 개발 (3년차) ‣ 음이온 센서 플랫폼은 리셉터의 탈양자화 현상을 이용하여 음이온의 화학적 상호작용을 전기적인 감지신호로 변환하는 것임. 음이온 센서 시스템과 융합이 가능한 바이오 시스템을 설계하여 세포의 신진대사를 통해 생산되는 음이온 및 생체 바이오마커 음이온을 정량적으로 분석할 수 있으며, 실시간으로 신진대사 모니터링 및 조기 질병진단에 활용될 수 있음. ‣ 사람의 땀 속에 포함된 염화 이온(Cl-)은 낭포성 폐질환을 진단하기 위한 바이오 마커로 활용됨. 본 연구는 휴대형 음이온 플랫폼에 무선통신 기능을 접목시켜 센서 데이터를 IoT기반으로 전송할 수 있는 웨어러블 음이온 센서 플랫폼을 개발하고, 땀 속에 포함된 다종 음이온을 실시간으로 모니터링 할 계획임.