KAIST, 금속이온 측정 가능한 센서 개발

홍원희 교수팀, 나노구조 가진 카본 나이트라이드 이용…폐수 측정, 체내 전달

홍원희 교수.

[아시아경제 이영철 기자] KAIST 홍원희 생명화학공학과 교수팀이 나노구조를 가진 카본나이트라이드를 이용, 다른 물질 도움 없이 금속이온을 쉽게 느낄 수 있는 고감도센서 개발을 위한 원천기술을 개발했다.

금속이온 측정을 위해선 원자흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법 등이 있으나 이들은 거대 장비를 이용해 휴대성이 떨어진다.

휴대성 문제를 없애기 위해 많은 연구들이 진행되고 있지만 대부분 양자점(quantum dot)이나 형광단(fluorophore)을 이용하는 센서로 금속이온 감지를 위해 복잡한 접합과정을 거쳐야 한다.

또 양자점은 그 자체가 중금속으로 이뤄져 독성이 있고 형광단을 이용한 센서는 수용액에서의 용해도가 낮아 적용에 한계가 있다.

연구팀은 고유의 발광성을 갖는 카본 나이트라이드(graphitic carbon nitride)에 3차원 입방체 모양의 나노구조를 끌어내 광학적 성질을 조절, 독성이 없고 별도 접합이 필요 없는 효율적 센서를 개발했다.

이 센서는 기존의 휴대용센서를 목적으로 개발된 물질보다 감도가 10배 이상 뛰어나 장비를 휴대할 수 없는 원자흡수 분광도법과 유도결합 플라즈마 질량분석기를 이용하는 방법과 비슷한 감도를 나타낸다.

이번 연구성과를 바탕으로 나노구조를 갖는 카본 나이트라이드로 폐수 속의 금속이온의 초고감도 감지도 할 수 있게 돼 주변환경이 금속이온에 의해 얼마나 노출돼 있는지, 오염돼 있는지를 쉽게 알 수 있다.

또 카본 나이트라이드의 생체적합성을 이용, 몸 속 혈액 안에 있는 금속이온 농도까지 쉽고 간단히 감지할 수 있는 센서를 만들 수 있다. 나노크기의 카본 나이트라이드입자로 질병치료를 위한 약물전달시스템에 적용하고자 약물전달체로 활용할 수 있을 전망이다.

홍원희 교수는 “이번 연구는 카본 나이트라이드 관련연구가 한 걸음 더 나아가 나노구조유도를 통한 다양한 성질들을 복합적으로 이용, 이온 또는 생체분자 등 여러 물질들을 감지하는 센서로 쓰일 수 있는 원천기술”이라고 말했다.

이번 연구는 교육과학기술부의 미래기반기술개발사업 지원을 받아 이뤄졌다. 중요성을 인정받아 화학분야의 세계적 학술지 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)’지 12월호에 실렸다.

이영철 기자