'바이러스 센서' 환경호르몬을 색으로 구분한다

색으로 유해물질 구분하는 바이러스 기반 센서 개발
바이러스 반응성 통해 눈에 보이지 않는 유해물질 파악
추가 연구를 통해 다양한 유해물질 파악하는 센서 개발

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 화학약품, 환경호르몬과 같은 유해물질을 색의 변화를 통해 빠르게 감지하고 판별하는 기술을 개발했다. 송영민 광주과학기술원 교수, 오진우 부산대 교수 등은 공동 연구를 통해 유해물질을 감지하는 바이러스 기반 컬러센서를 개발했다고 27일 밝혔다. 컬러 센서는 다른 말로는 비색 감지 센서로 불린다. 색의 변화를 통해 화학 원소, 화합물 등을 감지하는 센서다.

바이러스 얇게 깔아, 유해물질 감지 센서 개발

육안으로는 패턴(예시. 물방울)이 보이지 않지만, 주변의 습도 변화에 따라 즉각적으로 색이 변하며 패턴이 드러나도록 설계한 습도 감지 컬러 디스플레이. 이 디스플레이는 바이러스 기반의 동적 변환층을 적용해 매우 빠른 속도로 주변 습도를 감지 할 수 있다.

연구팀은 센티미터 수준의 넓은 면적에 M13 박테리오파지 바이러스를 얇게 코팅하는 방식을 통해 센서를 구현했다.

M13 박테리오파지 바이러스는 미국 식품의약국으로부터 승인을 받은 인체에 무해한 바이러스다. 대장균을 숙주로 삼아 유전자를 복제해 개체를 늘린다. 유해물질이 침투하면 팽창하고 나노구조체 사이의 간격을 넓히는 특징을 가진다. 표면 단백질의 다양한 화학 작용기를 발현시키는 것이 가능하다.

연구팀은 이같은 특성을 가진 바이러스의 유전자를 변형해 다양한 휘발성 유기화합물, 환경호르몬 등에 대한 반응성을 높였다. 연구팀은 비슷한 형태를 가진 유해물질을 수십 ppb(10억 분의 1 수준) 수준의 낮은 농도에서 구분하는 것에 성공했다고 밝혔다.

유전자 조작을 통해 다양한 유해물질 감지 가능

컬러 센서의 매우 얇은 동적 변환층의 빠른 반응속도(그림 좌측 상단: 수분 흡착에 의한 반응속도 110ms, 그림 좌측 하단: 수분 제거에 의한 반응속도 190ms). 유전자 조작을 통해 선택적 반응성을 조절해 다양한 유해물질을 감지하는 능력을 향상시켰다.(그림 중앙 및 우측)

특히 연구팀은 얇은 바이러스 층(60나노미터)에서도 뚜렷한 색을 구현할 수 있도록 공진 증폭 기판을 설계해 센서 플랫폼으로 적용했다. 또 발색 구조의 공진 조건 디자인을 통해 평소에는 보이지 않도록 했다. 반면 센서가 특정 환경에 처하면 패턴을 드러나도록 해 유해물질의 존재 여부를 직관적으로 관찰할 수 있도록 했다.

현재 연구팀은 육안으로 보이지 않지만 주변 습도 변화에 따라 즉각적으로 색이 변하는 센서를 개발한 상태다. 연구팀은 추가 연구를 통해 다양한 유해물질을 감지하는 센서를 개발할 계획이다.

송영민 교수는 "나노미터 수준의 섬유형 바이러스를 적용해 유해물질과 컬러센서 간의 결합을 유도했고, 광학 설계를 통해 직관적으로 유해물질을 감지할 수 있게 됐다"며 "보다 심층적인 유전자 조작 및 컬러센서용 플랫폼의 최적화를 통해 다양한 유해물질의 직관적이고 빠른 감지가 가능할 것으로 기대한다"고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr