[대학저널 이우섭 기자] 현재 전 세계적인 코로나19 사태에서 알 수 있듯이 화학약품, 환경호르몬과 같은 유해물질을 빠르게 감지하고 정확하게 판별해 내는 기술이 중요해지고 있다.
지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수와 부산대 오진우 교수가 참여한 연구팀이 초고속 유해물질 감지를 위한 바이러스 기반 컬러센서를 개발했다.
작은 유해 입자를 감지하고 관찰 할수 있는 컬러 센서는 색의 변화만으로 유해물질 감지가 가능하다. 스마트기기와 연동해 실생활에 활용이 가능하며, 작동간 별도의 에너지가 필요하지 않아 차세대 유해환경 감지센서로 기대된다.
연구팀은 컬러 센서의 실용성을 높이기 위해 넓은 면적(센티미터 수준)에 M13 박테리오파지 바이러스를 얇게 코팅해 기존 사용했던 복잡한 구조에 비해 2.5배가량 빠른 110 ms의 반응속도를 구현했다.
특히 바이러스 표면의 유전자 변형을 통해 다양한 휘발성 유기화합물 및 환경호르몬과 같은 각종 유해물질에 따른 바이러스의 반응성을 조절했으며, 비슷한 형태를 가진 유해물질을 수십 ppb(10억분의 1수준의 농도)의 낮은 농도에서 구분하는 기술을 개발했다.
기존 해당기술에는 색 변화를 통해 유해물질을 손쉽게 관측할 수 있는 장점이 있었으나, 발색을 구현하기 위해 복잡한 구조를 형성해야 해, 감지 속도 및 감도에 불리한 요소가 존재했다.
연구팀은 복잡한 구조 없이 얇은 바이러스 층(60 nm)에서도 뚜렷한 색을 구현할 수 있도록 공진 증폭 기판을 설계해 센서 플랫폼 기술을 적용했다.
또한 발색 구조의 공진 조건 디자인을 통해 기존에 없는 센서를 제작했고, 특정 환경에만 패턴이 드러나는 기술을 통해 유해물질의 직관적 관찰을 가능하게 했다.
송 교수는 “나노미터 수준의 섬유형 바이러스를 적용해 유해물질과 컬러센서 간의 결합을 유도했고, 광학 설계를 통해 직관적으로 유해물질을 감지할 수 있게 됐다”며 “심층적인 유전자 조작 및 컬러센서용 플랫폼의 최적화를 통해 향후 다양한 유해물질의 직관적이고 빠른 감지가 가능할 것”이라고 말했다.
본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업, 기초연구실지원사업 및 지스트 GRI 지원과제로 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 사이언스에 21일(화) 온라인으로 게재됐다.
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