연꽃잎 원리 응용해 오염물질 걸러낸다

[산업일보]
한국연구재단(이사장 조무제)은 이태윤 교수(연세대) 연구팀이 “발암의심물질 등 화학 표적물질을 실시간으로 검출할 수 있는 센서를 개발했다”고 밝혔다.

미량의 화학 표적물질을 검출하기 위한 방법으로 표면증강라만분광법(SERS)이 많이 사용된다. 그러나 SERS 효과를 가지는 금속 나노표면이 점차 오염되면서 시료의 실시간 검출의 신뢰성을 떨어뜨린다. 미량의 시료를 빠르고 정확하게 검출하는 시스템의 개발이 필요하다.

연구팀은 물방울이 젖지 않고 쉽게 굴러 떨어지는 연꽃잎 효과에 착안해 초소수성 SERS 센서를 개발했다. 개발된 센서 표면 위에서는 극미량 시료의 움직임이 정확하게 제어돼 다양한 화학 표적물질을 실시간으로 검출할 수 있다.

연구팀은 초소수성 표면 위에서 물방울의 거동을 제어하기 위해 물방울 제어 경로를 설계해 적용했다. 제어 경로 위에서는 물방울이 경로에 따라 움직일 뿐만 아니라, 멈출 수도 있게 설계됐다. 움직임이 정지된 물방울은 라만분광 레이저를 이용해 어떠한 화학물질이 포함됐는지 분석됐다. 이로써 실시간 화학 표적물질 검출을 위한 분석 플랫폼으로서의 가능성을 확인했다.

발암의심물질로 알려진 말라카이트그린(Malachite green)을 10-5M 수준의 극미량 농도도 성공적으로 검출했을 뿐만 아니라, 로다민6G (Rhodamine 6G), 나일블루A(Nile Blue A)와 같은 화학표적물질을 동일 농도 수준으로 성공적으로 검출했다.

이태윤 교수는 “이 연구는 초소수성 표면 위에서 물방울을 자유자재로 제어할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 바이오 마커를 빠르고 정확하게 검출하는 초고속 분석 플랫폼을 제시한 최초의 연구이다. 이 플랫폼의 개발을 통해 독성물질 검출에서 더 나아가 향후 한 방울의 혈액으로 다양한 분석이 가능한 시스템 구축에 기여할 것으로 기대된다”라고 연구의 의의를 설명했다.

이 연구는 초소수성 표면을 라만 분광법과 함께 사용해 초소수성 표면의 새로운 응용분야를 최초로 제시했다는 점에서 큰 의의를 지니며, 단일 물방울의 제어를 통한 SERS 분석의 높은 효율성까지 확보한다.

특히 단일 물방울을 이용하는 연구팀의 연구 결과는 실시간으로 화학/생물학적 반응을 물방울 단위로 관찰하며 분석할 수 있는 장치다.

실시간 분석이 중요한 생화학적 반응 등 광범위한 연구에 중요한 실마리를 제공할 수 있다. 또한 한 방울의 피로도 다양한 분석을 가능케 하는 시스템 구축에도 기여하며 SERS 기술의 응용 분야가 더욱 확대될 것으로 기대된다.