▲ 재료연구소 김동호 박사(中 왼쪽)와 박성규(中 오른쪽) 박사가 극미량의 유해물질을 현장에서 실시간 검출할 수 있는 기판을 소개하고 있다..

인체와 환경에 치명적일 수 있는 각종 유해 물질을 조기에 검출해 먹거리 안전 확보, 재난 방지, 방역 관리 등을 효과적으로 지원할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

재료연구소(소장 김해두)는 표면기술연구본부 박성규·김동호 박사 등 분자감지소재 연구팀은 식품이나 인체, 자연 환경 속에 포함된 독소, 농약 등 극미량의 유해물질을 현장에서 실시간으로 확인할 수 있게 하는 기판을 개발했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 은 나노 와이어 잉크를 유리 섬유 필터에 걸러내는 간단한 방식으로 은 나노 와이어가 고밀도로 집적화 된 금속 나노 구조체를 제조했다. 이는 고가의 반도체 나노 공정을 사용하지 않아 쉽고 저렴하게 기판을 제조할 수 있어 경제성과 실용성을 모두 갖췄다. 실용화를 점쳐볼 수 있는 라만 증강 지수도 기준인 백만 배를 넘었다.

개발된 기판은 휴대형 라만 분석기에 접목할 수 있다. 라만 분석은 빛을 이용한 물질검출법 중 하나로 분자 각각의 고유 신호를 확인할 수 있어 다양한 산업 분야에서 활용되고 있는데 이를 뒷받침할 기판 소재는 그간 부족했었다.

연구팀은 이에 착안해 은 나노 와이어를 활용한 기판 제조 기술을 개발했다. 라만 신호의 세기가 약해 미량의 시료를 분석하기 위해서는 이를 증폭시킬 수 있는 기판 소재가 꼭 필요하기 때문이다. 연구팀이 개발한 기판은 기존의 라만 신호를 증폭시키기 위한 기판 제조 방식이 갖고 있던 재현성, 양산성, 경제성 등의 한계를 극복했다.

이에 따라 농·수산물에 포함되어 있는 농약이나 강물 속 독소, 산업 현장의 유해 물질, 혈액 속의 발암물질 등을 10억분의 1(ppb)의 분자 하나까지도 현장에서 바로 확인할 수 있게 됐다.

연구를 주도한 김동호 박사는 “현재 시장은 프린터는 있는데 종이 값이 너무 비싸서 아무도 쓸 엄두를 못 내고 있는 상황과 마찬가지”라며 “이번에 개발한 기판 소재는 충분한 성능과 가격 경쟁력이 뒷받침됨에 따라 환경이나 식품 안전 분야 등에서 활용되고 있는 라만 기반의 초고감도 분자검출기를 실질적으로 활용할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

이번 연구결과는 재료분야 세계적 학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)의 표지논문으로 게재됐으며 연구팀은 현재 관련 특허 출원을 완료하고 실용화를 위한 후속연구를 펼치고 있다.