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비소(As)는 자연에도 존재하는 원소지만 주로 농약, 방부제, 반도체 제조 등 산업 활동을 통해 배출되는 오염물질이다. 지하수 등 물에 잘 녹으며 독성이 강해 인간을 포함한 생물체에 장기간 노출 시 암을 유발하는 등 건강 문제를 일으킨다. 국내 연구팀이 프랑스 연구팀과 협력해 2분 안에 간단히 물속 비소를 검출할 수 있는 센서를 개발했다.
포스텍은 김영기 화학공학과 교수와 김혜인 박사과정생 연구팀이 다르멘드라 프라탑 싱 은행원 하는일 프랑스 리토랄 오팔 코스트대 교수팀과 협력해 저렴하고 신속·간편한 비소 검출 기술을 개발했다고 11일 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈'에 공개됐다.
세계보건기구(WHO)는 식수 내 비소 허용 기준을 10ppb 이하로 제한하고 있다. ppb는 농도의 단위로 1ppb는 용매와 질량 비율이 10억분의 1인 상태를 마이크레딧 6등급 뜻한다. 기존 비소 검출 방법은 비용이 많이 들고 복잡해 실제로 오염이 의심되는 지역에서 활용이 어렵다는 한계가 있다.
연구팀은 액정의 특성을 활용해 비소 검출 센서를 개발했다. 액정은 액체의 유동성과 고체의 규칙적인 분자 정렬 특성이 함께 존재하는 물질 상태로 디스플레이에 주로 활용된다. 연구팀은 주변의 미세한 변화에도 액정의 분자 배 근로자서민전세자금대출 한도 열이 민감하게 반응하고 맨눈으로 확인 가능한 광학 신호로 나타난다는 점에 착안했다.
연구팀은 물과 액정이 만나는 경계면에 비소와 선택적으로 잘 결합하는 아미노산인 L-시스테인이 코팅된 탄소점을 배치했다. 탄소점은 크기가 10나노미터(nm, 10억분의 1m) 이하인 탄소 나노입자다.
대출시
액정과 L-시스테인이 코팅된 탄소점을 이용한 고선택성·고민감도 비소 센서 개발 실험 결과. 포스텍 제공
연구팀이 개발한 센서는 액정 분자의 배열 구조가 변화할 때 뚜렷한 색 변화를 일으켜 비소의 존재 여부와 농도를 쉽게 확인할 수 있었다. 실험 결과 1ppb부터 4ppm 저금리 시대 재테크 전략 (농도의 단위로 1ppm은 100만분의 1)까지 넓은 범위에서 비소를 수 초에서 최대 2분 내에 신속히 검출할 수 있는 것으로 확인됐다. WHO의 권장 기준보다 10배 낮은 농도까지 감지가 가능한 것이다.
새로운 비소 검출 센서는 기존 비소 검출 과정에서 필요한 복잡한 시료 전처리 과정이나 고가의 분석 장비 없이도 비소 오염 여부를 즉각 확인할 수 있어 인프라가 부족한 개발도상국에서 특히 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
김 교수는 "비소 오염 문제는 개발도상국뿐만 아니라 전 세계적으로 심각한 환경 문제"라며 "이번 연구결과가 간편하면서도 고감도의 비소 검출을 가능하게 해 안전한 식수 확보에 기여할 수 있기를 기대한다"고 전했다.
<참고 자료> - doi.org/10.1002/adom.202403136
김영기 포스텍 화학공학과 교수(왼쪽)와 김혜인 박사과정생. 포스텍 제공
[이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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