[대학저널 오혜민 기자] 국민대학교(총장 유지수) 이현정 교수와 대학원생 박사과정 김수현 씨 연구팀이 폭발물의 대표적 주요 물질인 니트로 화합물 TNT를 근접 원격방식으로 감지할 수 있는 하이드로겔 비드 담지체를 이용한 고성능 바이오 형광 센서에 대한 연구를 수행했다.
화학 테러 또는 폭발성 약품 등의 사용으로부터 안전하기 위해 폭발물을 효과적으로 탐지하는 것은 중요한 문제다. 특히 니트로 화합물이 충진된 지뢰와 같은 폭발물을 탐지하기 위한 방법으로써 현재는 금속탐지기 등을 이용해 사람 또는 잘 훈련된 동물을 통한 근거리 탐지 방법이 주로 사용돼 왔다. 그러나 이러한 근거리 검출방법은 예기치 못한 폭발이 사람이나 동물을 다치게 할 수 있어 보다 안전한 원격 검출방법을 가능하게 하는 고성능 센서에 대한 연구가 요구된다.
이번 연구에서는 폭발물 검출에 적용하기 위해 인체에 무해한 poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (poly(HEMA)) 기반의 하이드로겔 비드담지체를 이용해 니트로 화합물 센서를 개발했다. Poly(HEMA) 물질은 콘택트렌즈 등에 사용되는 친수성 고분자재료중의 하나이며 2,4,6-trinitrotolue(TNT)과 같은 니트로 화합물은 지뢰, 폭탄 등에 사용된 가장 흔한 폭발성 물질 중 하나다.
이러한 니트로 화합물에 의해 형광신호를 나타내도록 유전공학적으로 설계된 박테리아(Escherichia coli(E.coli))를 하이드로겔 비드에 포함시켰으며 비드의 표면 전하를 조절함으로써 해당 박테리아와의 친화성을 약 9배 높였다. 그 결과 TNT(100ppm) 노출 후 약 48시간까지 형광신호가 지속적으로 증가했으며 표면 전하 조절 전 비드에 비해 약 5배 증가한 형광신호를 나타냈다. 이는 표면 전하가 조절된 하이드로겔 비드 구조체에 의해 니트로 반응성 박테리아가 안정적으로 생장해 감지 특성 및 센서의 수명시간이 향상됐음을 의미한다.
이현정 교수는 “이러한 비드기반의 센서는 보관 및 운반이 간편하며 위험물이 위치한 곳에 분사시키기 용이하기 때문에 위험물의 원격 검출이 가능하게 할 수 있다”며 “이번 연구의 의의는 구형의 비드 구조체를 이용해 박테리아로부터 나타나는 형광신호를 증강시킬 수 있어 감지 효율을 높일 수 있다는 것”이라고 말했다.
또 “예를 들어 이 기술이 추후 다량의 지뢰가 묻혀있는 비무장지대 내 지뢰 제거에 활용된다면 보다 쉽고 안전하게 지뢰의 위치정보를 제공해 줄 수 있을 것”이라며 “개발된 하이드로겔 비드를 이용한 화학센서는 식품의 부패, 발효정도를 감지할 수 있는 바이오센서플랫폼에도 활용 가능함으로써 다양한 웨어러블기기에 적용될 수 있을 것”이라고 설명했다.
이번 연구 성과는 산업통상자원부 및 방위사업청이 출연한 민군기술협력사업(니트로 화합물 생물학적 형광 탐지 기술 및 장치 개발 과제)과 한국연구재단(모듈형 스마트패션플랫폼 융합연구센터 및 개인중견연구과제)의 지원으로 구축된 ‘하이드로겔 비드 기반 센서 플랫폼’을 통해 연구된 ‘TNT 감지용 박테리아를 포함한 바이오센서’가 함께 시너지 효과를 내 창출됐다.
[저작권자ⓒ 대학저널. 무단전재-재배포 금지]
