미세먼지 속 인체유해성분 검출 기술 개발

재료연, 초고감도 분자감지소재 기술 찾아

박성규 박사

아주경제 이한선 기자 = 국내 연구진이 미세먼지 내 다이옥신과 인체유해성분을 검출할 수 있는 원천기술을 개발했다.

미래창조과학부는 재료연구소 소자기능박막연구실 박성규 박사, 김동호 박사 등 분자감지소재 연구팀이 카이스트 생명화학공학과와 공동으로 빛의 산란현상을 기반으로 한 초고감도 분자감지소재를 개발하는데 성공했다고 24일 밝혔다.

이 기술은 극미량인 1ppb(10억분의 1)만 있어도 측정 가능해 환경 및 바이오 센서 부분에서 파급효과가 클 것으로 기대된다.

이번 연구결과는 재료 및 나노분야 세계적 학술지인 어드밴스드 머터리얼스와 영국 왕립학회에서 발간하는 저널 오브 머터리얼스 케미스트리 C에 연이어 표지논문으로 선정됐다.

이번 기술 개발로 수질 및 대기 속 유해 물질 분석 등을 현장에서 신속하고 간편하게 처리할 수 있을 것으로 기대된다.

십억분율(ppb)의 극미량 성분도 검출할 수 있어 환경뿐만 아니라 DNA/단백질 분석 등 바이오 분야에도 적용할 수 있다.

기술의 핵심인 귀금속 나노구조체는 기존에는 고가의 나노공정장비를 통해 제조됐지만 연구팀은 간단한 레이저 빔의 간섭현상을 이용한 광간섭 식각법을 활용해 짧은 시간 안에 대면적의 귀금속 나노구조체를 개발했다.

이 나노구조체는 분자의 라만신호를 증폭시킬 수 있는 기능을 갖췄다.

금이나 은과 같은 귀금속 나노구조체에서 금속의 자유전자가 특정 파장의 빛에 의해 한꺼번에 진동하는 표면 플라즈몬 공명 에 의해 귀금속 나노구조체 사이의 나노갭에서 전기장의 세기가 급격히 증가하는 것을 이용했다.

화학 및 생물분자가 이러한 강한 전기장이 발생하는 금속 나노구조체 표면에 흡착하게 되면 강한 전기장에 의해 라만 신호가 증가한다.

기존에는 질량분석기와 가스크로마토그래피와 같은 고가의 분석장비와 전문가가 필요하고 현장에서 바로 진단이 불가능해 실시간 측정과 대응이 어려웠지만 이번에 개발한 분자감지소재를 휴대형 라만분광장비와 일체화하면 초고감도 현장진단 모니터링센서를 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

휴대성, 간편성, 실시간 분석, 저가격 등 장점으로 현장에서 정량분석이 가능하다는 면에서 범용 환경센서로 시장 진입에 유리할 것으로 예상된다.

김동호 박사는 “현재 국내 중소기업 지원을 위한 분자감지소재 초소형 라만분광시스템 개발을 진행 중으로 3년 내에 상용화를 이룰 계획”이라고 밝혔다.

박성규 박사는 “전세계적으로 센서시장은 연 20조원 규모로 추정되는데 대부분을 수입에 의존하고 있는 현실에서 환경 측정장비 및 센서 분야의 기술장벽을 극복할 수 있어 신시장 창출 및 국내 센서시장의 국산화에 기여할 것”이라고 설명했다.

초고감도 화학센서에 적용될 수 있는 귀금속 나노구조체 모식도 및 조직사진, a : 초고감도 분자감지소재를 위한 귀금속 나노구조체 개발 모식도, b : 금 나노기둥 구조형성 및 전자현미경 사진 c : 금 나노구멍 구조형성 및 전자현미경 사진