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국민대 이현정 교수팀, 하이드로젤 비드를 이용한 고성능 TNT 감지 센서 개발

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국민대학교(총장 유지수) 신소재공학부 이현정 교수와 김수현 박사과정생 연구팀이 폭발물의 원료로 알려진 니트로 화합물, TNT를 근접 원격으로 감지할 수 있는 고성능 바이오 형광 센서를 개발했다. 

이 연구 성과는 산업통상자원부 및 방위사업청이 출연한 민군기술협력사업(니트로 화합물 생물학적 형광 탐지 기술 및 장치 개발 과제)과 한국연구재단(모듈형 스마트패션플랫폼 융합연구센터 및 개인중견연구과제)의 지원으로 구축된 ‘하이드로겔 비드 기반 센서 플랫폼’과 을 통해 연구된 ‘TNT 감지용 박테리아를 포함한 바이오센서’가 함께 시너지 효과를 내어 창출되었다. 관련 논문은 미국화학회에서 발행한 ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이스 (ACS Applied Materials & Interface, 온라인 3월 26일)에 게재됐다.

화학 테러에 의한 폭발물을 감지하는 것은 안전상 매우 중요한 문제이다. 니트로 화합물로 만들어진 폭발물을 탐지하기 위해  현재는 금속탐지기를 이용하거나 잘 훈련된 동물을 통한 근거리 탐지 방법이 주로 사용되어 왔다. 그러나 이런 방법은 예기치 못한 폭발이 사람이나 동물을 다치게 할 수 있어, 보다 안전하게 감지할 수 있는 고성능 센서에 대한 연구가 필요했다.

국민대 이현정 교수 연구팀은 인체에 무해한 Poly(2-hydroxyethyl methacrylate) (poly(HEMA)) 기반의 하이드로겔 비드를 이용한 니트로 화합물 감지 센서를 개발했다. Poly(HEMA) 물질은 콘택트렌즈등에 널리 사용되는 친수성 고분자재료이다. 

니트로 화합물에 의해 형광신호를 나타내도록 유전공학적으로 설계된 박테리아(Escherichia coli(E.coli))와 하이드로겔 비드를 결합하여 이용하는 방식이다. 여기에 비드 표면의 전하를 조절함으로써 해당 박테리아와의 친화성을 약 9배 높였고, 이는 표면 전하 조절 전 비드에 비해 약 5배 증가한 형광신호를 나타내었다. 이를 폭발물의 대표적 주요물질인 니트로 화합물 TNT 주변에 뿌려 감지하는 형태로 진행된다. 

이러한 비드 기반의 센서는 보관과 운반이 간편하며, 위험물이 위치한 곳에 분사시키기 용이하기 때문에, 위험물의 원격 검출이 가능하게 할 수 있다. 본 연구의 결과가 확장되어 개발된다면 추후 다량의 지뢰가 묻혀있는 비무장지대의 지뢰제거에도 안전하게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 이 교수는 ”연구에서 개발된 하이드로겔 비드를 이용한 화학센서는 식품의 부패·발효정도를 감지할 수 있는 바이오센서플랫폼에도 활용 가능하다“며 ”추후 IoT 센서, 웨어러블 기기내에 다양한 용도로 활용될 수 있도록 발전시켜 나갈 계획“이라고 밝혔다.

 

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