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미세먼지 속 극미량의 발암물질을 감지한다!

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작성일14-05-07 16:49 조회2,541회

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미세먼지 속 극미량의 발암물질을 감지한다!


재료硏, 초고감도 분자감지소재 기술개발


재료분야 세계적 학술지 어드밴스드 머터리얼스 등 표지논문 선정


 


최근 황사 등 환경 문제가 대두되고 있는 가운데 국내 연구진이 미세먼지 내 존재하는 다이옥신과 같은 인체유해성분을 검출할 수 있는 원천기술을 개발했다. 이 기술은 극미량인 1ppb만 있어도 측정 가능해 환경 및 바이오 센서 부분에서 파급효과가 클 것으로 기대된다.


o 재료연구소(소장 강석봉) 소자기능박막연구실 박성규 박사, 김동호 박사 등 분자감지소재 연구팀은 카이스트 생명화학공학과와 공동으로 빛의 산란현상을 기반으로 한 초고감도 분자감지소재를 개발하는 데 성공했다.


o 이번 연구결과는 재료 및 나노분야 세계적 학술지인 어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)와 영국 왕립학회에서 발간하는 저널 오브 머터리얼스 케미스트리 C (Journal of Materials Chemistry C)에 연이어 표지논문(frontispiece, front cover)으로 선정됐다.


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□ 빛은 물질을 통과할 때 여러 방향으로 흩어지는 산란현상이 나타는데, 이중 극히 일부분은 물질의 라만신호를 발생하는 비탄성산란이 일어난다. 이러한 라만분광은 물질을 검출하는 기술로 다양한 분야에 활용되고 있으나 고농축의 시료만을 측정할 수 있다. 이에 재료연구소는 분자의 라만신호를 획기적으로 증폭시킬 수 있는 금속 나노구조체를 개발했다.


o 금이나 은과 같은 귀금속을 이용해 나노구조체를 제조하면 금속 내의 자유전자가 특정 파장의 빛에 의해 한꺼번에 진동하는 현상이 일어난다. 이러한 표면 플라즈몬 공명현상에 의해 귀금속 나노구조체 사이에 생긴 빈 공간에서 전기장의 세기가 급격히 증가한다. 화학 및 생물분자가 이러한 강한 전기장이 발생하는 금속 나노구조체 표면에 붙게 되면 강한 전기장에 의해 라만 신호가 증가한다.


o 이 기술의 핵심인 귀금속 나노구조체는 기존에는 고가의 나노공정장비를 통해 제조됐지만, 연구팀에서 간단한 레이저 빔의 간섭현상을 이용한 광간섭 식각법을 활용해 짧은 시간 안에 대면적의 귀금속 나노구조체를 개발하는데 성공했다.


□ 이번 기술 개발로 수질 및 대기 속 유해인자 등을 현장에서 신속하고 간편하게 할 수 있을 것으로 기대다.


o 기존에는 질량분석기와 가스크로마토그래피와 같은 고가의 분석장비 및 전문가가 필요하고, 현장에서 바로 진단할 수 없어 실시간 측정과 대응이 어려웠다. 이번에 개발된 분자감지소재를 휴대형 라만분광장비와 일체화하면, 초고감도 현장진단 모니터링센서를 개발할 수 있을 것으로 기대된다. 김동호 박사는 현재 국내 중소기업과 분자감지소재를 기반으로 하는 초소형 라만분광시스템 개발을 진행 중이며, 향후 3년 내에 상용화를 이룰 계획”이라고 설명했다. 또한 본 기술은 십억분율(ppb) 등 극미량의 성분도 검출할 수 있어 환경 뿐만 아니라 DNA/단백질 분석 등 바이오 분야에도 적용될 수 있다.


o 한편 현재 환경 측정장비 및 센서 대부분은 수입에 의존하고 있으며, 오염원 실시간 탐지 및 모니터링 기술 관련 국산화율 또한 매우 낮은 수준이다. 세계 주요 센서기업은 미국(26.4%), EU(25.1%), 일본(17.4%)기업이 총 20조의 전체 시장에서 70% 이상을 장악하고 있으며, 높은 기술 진입 장벽으로 일부업체의 시장독점 양상을 극복하기 어려운 실정에 있다. 박성규 박사는 분자감지소재를 기반으로 하는 현장진단 환경모니터링 센서를 개발하면, 신시장 창출 및 국내 센서시장의 국산화에 기여할 것”이라고 말했다.


o 현존 환경 모니터링 센서가 대부분 1개 분석물에만 반응하므로, 다중 분석물에 대한 동시분석이 가능한 분자감지센서를 개발하면 기존 환경센서 시장에서 우위를 차지할 수 있으며, 휴대성, 간편성, 실시간 분석, 저가격 등의 장점으로 현장에서 정량분석이 가능하다는 면에서 범용환경센서로 새로운 시장 진입에 대한 여지가 클 것으로 기대한다.


□ 박성규 박사는대부분 수입에 의존하고 있는 환경 측정장비 및 센서 분야의 기술장벽을 극복할 수 있는 원천기술이라는 점에서 의미있는 연구성과”라고 설명했다.