경북대 이혜진 교수팀, 초소형 대기오염 측정 기술 개발

이혜진 교수.

경북대학교 화학과 이혜진 교수 연구팀이 공기 중 발암성 물질을 한 번에 검출할 수 있는 초소형 센서를 개발했다. 손톱 크기(약 1㎝)에 불과한 이 센서는 복잡한 분석 장비 없이도 다양한 대기오염 물질을 빠르고 간편하게 측정할 수 있어 주목된다.

미세먼지에는 인체에 해로운 발암물질이 다수 포함돼 있다. 특히 벤조[a]피렌, 피렌, 플루오렌 등 다환방향족탄화수소(PAHs)는 구조가 유사하고 대기 중 농도가 낮아 기존에는 고가의 대형 장비를 활용해야만 정확한 분석이 가능했다. 이 때문에 현장에서 여러 물질을 동시에 구분하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 전기 전도성이 우수한 탄소 나노튜브와 촉매 역할을 하는 세륨 산화물, 그리고 이를 안정적으로 결합시키는 폴리도파민을 활용한 나노 소재를 개발했다. 

해당 소재를 초소형 전극 칩에 코팅해 제작한 센서는 유해물질과 반응할 때마다 서로 다른 산화 신호를 생성해 단 한 번의 측정으로도 여러 성분을 동시에 식별할 수 있다.

성능 평가 결과, 이 센서는 벤조[a]피렌 0.22μM, 피렌 0.08μM, 플루오렌 5.55μM 수준의 낮은 농도까지 감지하는 데 성공했다. 이는 미량의 오염물질도 구분해낼 수 있는 높은 민감도를 확보했음을 의미한다.

특히 별도의 대형 분석 장비 없이도 측정이 가능해 현장 활용성이 뛰어나다는 점에서 기대를 모은다. 연구팀이 서울과 대전 도심 및 도로 환경에서 채취한 공기 시료에 센서를 적용한 결과, 복합적인 대기 환경에서도 안정적으로 작동하는 것으로 확인됐다.

이혜진 교수는 “이번 기술은 현장에서 신속하게 한 번의 측정만으로 여러 유해물질을 동시에 확인할 수 있다는 데 의의가 있다”며 “향후 일상생활에서도 실시간 공기질을 확인할 수 있는 기반이 마련될 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 분석화학 분야 국제학술지 ACS Sensors에 지난 7일 온라인 게재됐다. 연구는 한국연구재단의 기초연구실 지원사업과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐으며, 교신저자로 이혜진 교수와 첼라두라이 카루피아 연구교수, 제1저자로 파우잔 아민 박사과정생이 참여했다.

/김락현기자 [e-mail]