중금속 오염 실시간 검출 종이키트 개발

중앙대학교 최종훈 교수팀, 구리이온 선택적 실시간 검출 센서 개발

한국보건산업진흥원(원장 이영찬, 이하 진흥원)은 중앙대학교 최종훈 교수(중앙대 융합공학부) 연구팀이 중금속 오염 지표 중 하나인 구리이온을 선택적, 실시간으로 검출할 수 있는 센서를 개발했다고 밝혔다.

연구는 중앙대학교 최종훈 교수팀이 보건복지부 보건의료기술개발사업(줄기세포․재생의료 실용화)과 미래부 신진연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구 결과의 학문적 성과를 인정받아 네이쳐 자매지인  Scientific reports 10월 18일자 온라인 판에 게재되었다.

중금속 오염 지표 중 하나인 구리이온이 중공업발달과 화학약품의 사용 등으로 구리이온 농도가 하천 또는 토양에서 증가 하고 있는 추세이나 그 동안 구리이온을 쉽게 검출하는 방법이 없었다.

연구팀이 개발한 종이 기반 키트는 왁스프린팅 기술을 통하여 96 개의 well을 만들어 한번에 96개의 샘플을 확인 할 수 있게 했다. 왁스 잉크의 소수성 부분이 형광 실리콘 나노입자를 안정하게 둘러싸게 하여 흘러내리지 않게 하고 구획을 나누게 한다.

미량의 형광실리콘 나노입자를 도포 할 수 있는 지지체 역할을 하게 한다. 이렇게 제작된 형광 실리콘 나노입자가 도포된 종이키트는 자외선을 조사해 적색형광의 유무 또는 진하기에 따라 구리 이온의 유무 또는 농도를 판별 할 수 있게 한다. 휴대가 간편하며 한꺼번에 여러 개의 수용액상의 샘플을 처리 할 수 있게 한다.

연구에서는 표면 개질 실리콘 나노 입자를 종이 위 친수성부분에 적층, 왁스로 테두리를 만든 부분을 소수성 부분으로 하여 종이기반 키트를 제작해 그것들의 화학적 물리적 특성을 관찰하였고 또한 농도에 따른 구리 검출능을 판별했다.

추가적으로 유연한 막대 모양의 키트를 LBL기법으로 제작해 그 활용가치를 모색했다. 또한 본 연구에선 OHP필름에 폴리머와 형광 실리콘 나노입자를 결합시켜 도포하여 일회용 키트를 제작했다.

수질오염의 한지표인 구리 이온농도는 음용수 기준 세계보건기구(WHO)에 의해 20uM이하는 농도로 관리되고 있다. 그러나 중공업발달과 화학약품의 사용 등으로 구리이온농도가 하천 또는 토양에서 증가 하고 있는 추세이다. 

연구에서 개발된 형광실리콘 나노입자가 도포된 종이키트는 반응이 30초 이내로 빠르며 휴대하기 쉽고 반응성이 5uM 으로써 그 가치가 있다. 구리이온의 검출 시 샘플은 10uL 이내로 소량이 필요하고 큰 장비가 필요하지 않아 다양한 방면에서 사용 될 것으로 기대 된다. 또한 폐 실리콘 웨이퍼를 재사용함으로써 자원의 재활용적인 측면에서도 그 가치가 있다.

연구팀은 “휴대가 간편하고 검출 시 사용하는 샘플도 소량이면 충분하고 쉽고 빠르게 구리이온 검출이 가능해 향후 다양한 용도로 사용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.