박진성 성균관대 교수팀, 세계 최초 휴대용 중금속 검출 센서 개발

현장 환경서 독성 중금속 검출 가능성 열어

왼쪽부터 김민우 미국 테라사키 연구소 박사, 김치현·박주형 성균관대 바이오메카트로닉스학과 학생, 박주형 성균관대 박사, 박진성 성균관대 교수, 조원준 성균관대 메타바이오헬스학과 학생 (사진=성균관대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]문효민 인턴 기자 = 성균관대(총장 유지범)는 박진성 바이오메카트로닉스학과 교수 연구팀이 세계 최초로 진동 장치를 탑재한 휴대용 전기화학 중금속 검출 시스템을 개발해 극소량의 납과 카드뮴을 높은 민감도로 검출하는 데 성공했다고 11일 밝혔다.

이번 연구는 환경 독성 물질을 신속하게 현장에서 검출할 수 있는 시스템을 제시한 것으로 논문은 센서 분야 최우수 저널 중 하나인 'Sensors and Actuators B-Chemical(센서 앤 액츄에이터 B-케미칼)'에 지난달 24일 게재됐다.

박진성 교수 연구팀은 차별화된 기술로 기존 탄소 전극 위에 그라파이트-비스무스 나노 판을 배치하고 양성자 전도체 나피온 막을 코팅한 후 진동 장치를 추가해 중금속 이온의 검출 신호를 크게 향상시켰다고 밝혔다.

이어 진동을 통해 중금속 이온의 확산이 촉진돼 더 많은 이온이 전극 표면에 붙게 되며 그 결과 납 이온은 최대 540%, 카드뮴 이온은 511% 검출 효율이 향상했다고 전했다.

이번 연구에 사용된 차등펄스 양극벗김전압법은 중금속이 붙고 떨어지는 과정에서 발생하는 전류와 전위 곡선을 분석해 금속 종류와 농도를 구별한다.

성균관대는 이를 통해 실험실 환경에서는 납 이온 0.98nM, 카드뮴 이온 1.65nM, 식수에서는 납 4.49nM 및 카드뮴 14.89nM, 토양에서는 각각 0.94nM 및 7.10nM 농도까지 중금속 이온을 동시 검출하는 데 성공했다고 설명했다.

연구팀은 현장 테스트를 위해 금속 제련소를 기점으로 낙동강 상류와 하류에서 물을 채취해 센서를 이용한 검출 실험을 진행했다.

실험 결과 카드뮴 이온은 검출되지 않았으며 납 이온은 상류에서 1.66nM, 하류에서는 18.88nM가 검출됐다.

이는 현장에서 사용되는 중금속 분석 장비 ICP-MS가 보여주는 것과 유사한 결과로 본 시스템이 현장 감지 센서로 활용될 가능성을 보여준다.

박진성 성균관대 교수는 "기존 연구에서 개발한 센서는 실제 현장에서 여러 이물질로 인해 정확한 측정이 어려웠지만, 이번에 개발한 센서는 실제 환경에서도 중금속을 신속하고 민감하게 검출할 수 있어 새로운 시스템의 기초 기술이 될 가능성이 크다"며 "향후 환경 모니터링과 공공 보건 분야에 적용되기를 기대한다"고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업, 창의·도전연구기반지원사업, Post-Doc. 성장형 공동연구사업과 SMC-SKKU 미래융합연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

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