성균관대 박진성 교수팀, 도깨비풀 원리로 극미량 나노플라스틱도 검출 가능한 '범용 센서' 세계 최초 개발

성균관대학교는 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀이 다양한 환경 시료에서 나노플라스틱을 고감도로 정밀 분석할 수 있는 전기화학 기반의 '범용 센서'를 세계 최초로 개발했다고 11일 밝혔다.

이번 연구는 고려대, 한국교통대와 공동으로 수행했다.

공동 연구팀은 도깨비풀이 동물의 털에 씨앗을 붙여 이동하는 현상인 '외부전파(epizoochory)'에서 착안해 나노플라스틱을 단백질로 '붙이고' 다시 '떼어내는' 생물모사 센서 구조를 고안했다. 이 센서는 전극 표면에 기능화된 아밀로이드 올리고머 단백질이 나노플라스틱과 상호 작용할 때 발생하는 전기 신호의 변화를 활용한다. 나노 수준 입자도 정밀하게 검출할 수 있게 설계됐다.

특히 금 나노구조 기반의 미세 돌기 표면을 통해 단백질의 부착력과 감지 민감도를 극대화했다. 기존 기술보다 500배 이상 향상된 감지 민감도(LOD: 0.679ng/㎖)를 확보했다. 물벼룩, 날치알, 인체 혈청 등 실제 시료에서도 높은 정밀도와 재현성을 입증해 범용 진단 플랫폼으로서 실효성과 확장 가능성을 보였다.

박 교수는 "기존 기술은 특정 고분자나 형상에만 국한됐지만, 이번 기술은 다양한 환경 조건에서도 나노플라스틱을 고감도로 분석할 수 있는 세계 최초의 범용 플랫폼"이라며 "고가 장비 없이도 현장 분석이 가능하다. 앞으로 수질, 토양, 식품 안전 등 여러 분야에서 실용화가 기대된다"고 말했다.

공동 제1저자인 김치현·박주형 박사는 "단백질 부착 특성과 전기화학 신호 해석을 접목해 극미량의 나노플라스틱을 정량 검출한 것이 이번 연구의 핵심"이라며 "인체 건강 영향 분석과 환경 오염 조사에 활용할 수 있는 간편 진단 기술로 발전시킬 계획"이라고 부연했다.

이번 연구 성과는 환경공학 분야 세계적 권위지 '화학공학저널(Chemical Engineering Journal)'에 지난달 28일 온라인 게재됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부, 보건복지부 등 정부 부처의 지원 아래 한국연구재단 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업 등의 국가 연구개발 과제로 수행됐다.