한국과학기술연구원(KIST) 바이오마이크로시스템연구단 김상경·황교선 박사와 스핀융합연구단 이현정 박사팀은 23일 바이러스를 활용해 특정 VOC와 결합하는 펩티드를 발굴, 초소형 초고감도센서로 구현하는 데 성공했다고 밝혔다.
연구진은 이 센서는 기존 기술로는 유사 화학물질과 구별하지 못하던 벤젠을 0.1ppm 까지 실시간으로 측정, 실내외 공기질 파악이나 위험물 감지, 호흡 대사산물 측정 등을 위한 다양한 사물인터넷(IoT) 기반의 센서 개발에 활용될 것으로 전망했다.
새집증후군 물질인 포름알데히드 같은 유해 휘발성 유기물은 건강에 심각한 위협이 되지만 종류가 다양하고 화학적으로 비슷해 고가의 분석 장비를 사용해야 측정, 구별이 가능하다.
최근 나노기술을 이용한 초고감도 센서들이 개발됐지만 VOC와 비슷한 기체를 구분하는 성능이 떨어져 유해한 특정 기체가 포함돼 있는지는 알기 어려웠다.
연구진은 이 연구에서 바이러스를 이용해 특정 VOC와 결합하는 펩티드를 찾아내 알코올이나 유해성이 크지 않은 아세톤 등에는 반응하지 않으면서 구조적으로 유사한 벤젠, 톨루엔, 크실렌을 정확히 구분해내는 초고감도센서를 개발했다.
먼저 유전자를 조절해 가늘고 긴 모양의 바이러스인 박테리오파지를 다양하게 만든 다음 벤젠 유도체 기판에 결합하는 박테리오파지만 선별하고, 선별된 박테리오파지에서 특정 VOC와 결합하는 펩티드를 찾아냈다.
박테리오파지를 선별하는 화합물 유도체 기판을 바꾸면 다른 물질에 반응하는 펩티드도 찾을 수 있다. 이런 펩티드는 값이 싸고 대량생산이 가능하며, 다양한 온도, 습도 환경에서도 매우 안정해 초소형 소자에 적용하고 제품화하는 데 쉬운 장점이 있다.
휘발성 유기물은 식품의 신선도나 숙성·발효의 지표가 되고 사람의 호흡에 섞인 유기물은 건강상태와도 밀접하게 연관돼 있다며 펩티드 VOC 감지센서는 환경, 식품, 건강관리 등 다양한 영역에 적용될 수 있는 원천기술이라고 연구진은 설명했다.
김상경 박사는 “이번에 개발한 방식은 표적 기체가 정해지면 그에 대한 선택적 펩티드를 찾아내는 방식으로 향후 원하는 VOC에 최적화된 센서를 빠르게 구현할 수 있다”며 “가격 경쟁력과 안정성을 갖춰 광범위한 가스센서 제품에 적용될 것”이라고 말했다.
한편 이 연구 결과는 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports, 3월 17일자)에 게재됐다.
/디지털미디어부
