중앙대 박종필 교수팀 "식품 속 나노그램 수준 땅콩 알레르기 단백질 검출" … 고감도 감지센서 개발

중앙대학교는 식품공학부 박종필 교수 연구팀이 식품 알레르기 유발 물질을 아주 적은 양으로도 잡아낼 수 있는 고감도 검출 센서를 개발했다고 16일 밝혔다.

이번 연구는 중앙대 화학과 박태정 교수팀, 미국 터프츠대 이현민 교수팀과 공동으로 진행했다.

식품 알레르기는 전 세계적으로 증가하며 중요한 공중보건 문제로 대두하고 있다. 특히 땅콩 알레르겐(알레르기 반응을 일으키는 항원) ‘Ara h1’은 극미량으로도 심각한 반응을 유발한다. 신속하고 정확한 검출 기술의 필요성이 커지고 있다.

기존 ELISA(효소면역측정법), PCR(유전자 증폭) 기반 분석법은 높은 정확도를 지니지만, 복잡한 전처리와 긴 분석 시간, 높은 비용으로 현장 적용에 한계가 있었다.

연구팀은 이를 해결하고자 펩타이드(단백질을 이루는 조각) 기반 생체수용체와 기능성 나노복합소재를 결합한 전기화학 바이오센서를 개발했다. 파지 디스플레이 기법으로 Ara h1에 특이적으로 결합하는 펩타이드를 선별하고, 구조적 재설계를 통해 결합 성능을 향상했다. 또한 키토산 나노위스커와 그래핀 옥사이드를 활용한 나노하이브리드 소재를 도입해 전자 전달 효율과 항 바이오파울링 특성을 동시에 개선했다.

해당 바이오센서는 아주 적은 양의 알레르기 단백질도 잘 감지할 수 있다. 1㎖ 안에 0.42나노그램(ng·1ng은 10억 분의 1g)의 극소량까지 찾아낼 수 있을 정도로 민감하다. Ara h1의 경우 실제 음식처럼 여러 성분이 섞여 있는 복잡한 식품 환경에서도 정확하게 검출할 수 있다.

이번 연구는 펩타이드 구조 제어를 통해 센서 성능을 획기적으로 향상할 수 있음을 입증했다. 식품 안전 분야는 물론 환경 모니터링, 질병 진단 등 다양한 바이오센서 분야에서 응용될 가능성을 제시했다.

박 교수는 “펩타이드 구조를 정밀 설계함으로써 기존보다 향상된 감도와 선택성을 확보했다”며 “향후 현장진단 시스템과 결합해 다중 알레르겐 동시 검출이 가능한 기술로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 화학공학 분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal·화학공학 저널)’에 지난달 10일 온라인 게재됐다. 중앙대 식품공학부 신재환 박사, 양효정 박사과정생이 공동 제1저자, 박종필 교수 등이 교신저자로 각각 참여했다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.