발암물질에만 반응하는 초고감도 센서 개발

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한국과학기술연구원(KIST), 바이러스 이용한 센서 개발 성공

휘발성유기물 측정 센서를 개발한 한국과학기술연구원(KIST) 연구진(왼쪽부터 순서대로 김상경, 이현정, 황교선 연구원). - 한국과학기술연구원(KIST) 제공

국내 연구진이 알러지와 천식, 심지어 암까지 일으키는 오염물질을 정밀하게 측정하는 센서를 새로 개발했다.

김상경 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원팀은 바이러스의 단백질 조각을 이용해 휘발성유기물 중에서 원하는 물질만을 고감도로 측정하는 센서 개발에 성공했다고 23일 밝혔다.

벤젠과 톨루엔은 새집증후군은 물론 암을 발병시키는 대표적인 휘발성유기물이다. 하지만 지금까지는 실험실에서 사용하는 거대한 측정장비를 이용하지 않으면 대기 중에 특정 휘발성유기물이 얼마나 들어 있는지 구체적으로 파악하기 어려웠다. 최근 개발된 휴대용 센서들은 대부분 공기 중에 휘발성유기물이 있는지 없는지 정도만 알려줄 뿐이었다.

연구진은 생물학 연구에 많이 쓰이는 ‘박테리오파지’라는 인체에 무해한 바이러스를 이용해 특정 휘발성유기물에만 달라붙는 단백질 조각을 찾아내는 데 성공했다. 유전자를 조작해 박테리오파지의 표면에 나타나는 단백질을 1000만 종 이상으로 다양하게 만든 뒤 벤젠의 화학구조를 모방해서 만든 기판에 뿌려 준 것이다.

그 결과 벤젠에만 달라붙는 단백질 조각을 찾아낼 수 있었다. 이 단백질 조각은 알코올이나 아세톤 같은 휘발성유기물에는 달라붙지 않아 고감도로 벤젠 검출이 가능하다. 실험 결과 1000만 분의 1(0.1ppm) 단위로 벤젠을 측정할 수 있었다.

단백질 조각은 박테리오파지를 이용해 값싸게 대량생산할 수 있을 뿐 아니라 원하는 물질에만 반응하는 것을 찾으면 호흡으로 배출되는 기체의 성분을 측정해 건강상태도 파악할 수 있다. 또 식품 숙성 및 발효 정도를 검사하는 휴대장치를 만들 수도 있다.

김 연구원은 “16가지 물질을 측정하는 센서도 가로세로 1㎠ 넓이로 제작할 수 있다”며 “손안에 들어가는 크기의 휴대장치로 만들 수 있다”고 말했다.

이번 연구 결과는 ‘네이처’ 자매지 ‘사이언티픽 리포트’ 17일자에 게재됐다.