육안으로 관찰 가능한 바이러스 기반 컬러센서 디스플레이. 유해한 환경을 감지해 숨어있던 패턴을 드러내 직관적 인지를 가능케 한다.[지스트 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 광주과학기술원(지스트)은 전기전자컴퓨터공학부 송영민 교수와 부산대학교 오진우 교수 공동 연구팀이 초고속 유해물질 감지를 위한 바이러스 기반 컬러센서를 개발했다고 27일 밝혔다.

매우 작은 유해 입자를 감지할 수 있고, 직관적으로 관찰할 수 있는 컬러센서는 단순히 색의 변화를 통해 유해물질 감지가 가능하다. 뿐만 아니라 휴대용 스마트기기와 연동하여 실생활에서도 손 쉽게 활용이 가능하며, 작동을 위한 별도의 에너지가 필요하지 않아 차세대 유해환경 감지 센서로 기대된다.

연구팀은 컬러센서의 실용 가능성을 높이기 위해 넓은 면적(센티미터 수준)에 M13 박테리오파지 바이러스를 얇게 코팅해 복잡한 구조를 사용했던 것에 비해 2.5배가량 빠른 110ms의 매우 빠른 반응속도를 구현했다.

M13 박테리오파지 바이러스는 미국 식품의약국(FDA)으로부터 승인을 받은 인체에 무해한 박테리오파지 바이러스로 특정 대장균(E. coli)을 숙주로 삼아 유전자를 복제하여 개체를 늘린다. 유해물질의 침투에 의해 팽창하고 나노구조체 사이의 간격이 넓어지는 특징을 가지며 표면 단백질에 다양한 화학 작용기를 발현시키는 것이 가능하다.

특히 바이러스 표면의 유전자 변형을 통해 다양한 휘발성 유기화합물 및 환경호르몬과 같은 각종 유해물질에 따른 바이러스의 반응성을 조절, 비슷한 형태를 가진 유해물질을 수십 ppb의 매우 낮은 농도에서 구분하는 것에 성공했다.

컬러센서는 이제까지 색 변화를 통해 유해물질을 손쉽게 관측한다는 장점이 있었으나 발색을 구현하기 위해 복잡한 구조를 형성해야 하므로 이는 감지 속도 및 감도에 매우 불리한 요소로 작용해왔다.

연구팀은 복잡한 구조 없이 매우 얇은 바이러스 층(60 나노미터)에서도 뚜렷한 색을 구현할 수 있도록 공진 증폭 기판을 설계해 센서 플랫폼으로 적용했다. 또한 발색 구조의 공진 조건 디자인을 통해 평소에는 보이지 않는 센서를 제작, 특정 환경에서만 패턴을 드러나게해 유해물질의 직관적 관찰을 가능케했다.

송영민 교수는 “나노미터 수준의 섬유형 바이러스를 적용해 유해물질과 컬러센서 간의 결합을 유도했고, 광학 설계를 통해 직관적으로 유해물질을 감지할 수 있게됐다”면서 “향후 보다 심층적인 유전자 조작 및 컬러센서용 플랫폼의 최적화를 통해 다양한 유해물질의 직관적이고 빠른 감지가 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 7월 21일 온라인판으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com