도깨비풀 원리로 ‘범용 나노플라스틱 센서’ 세계 최초 개발

- 박진성 교수팀, 복잡한 환경에서도 고감도 정밀 분석 가능

- 나노플라스틱 오염 실시간 진단의 새 지평…환경·식품·의료 분야 활용 기대

▲ (왼쪽부터) 성균관대학교 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수, 한국교통대 전기공학과 이원석 교수, 고려대학교 생명정보공학과 이규도 교수, 성균관대학교 생명공학연구원 김치현, 박주형 박사

바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀이 세계 최초로 다양한 환경 시료에서 나노플라스틱을 고감도로 정밀 분석할 수 있는 전기화학 기반의 ‘범용 센서’를 개발했다. 이번 연구는 고려대학교, 한국교통대학교와의 공동연구로 수행되었으며, 환경공학 분야 세계적 권위지인 Chemical Engineering Journal에 2025년 6월 28일자 온라인 게재되어 국제적 주목을 받고 있다.

▲ 도깨비풀이 동물의 털에 씨앗을 붙여 퍼뜨리는 자연 현상(epizoochory) 메커니즘 소개 및 나노플라스틱 검출 개략도

연구팀은 도깨비풀이 동물의 털에 씨앗을 붙여 이동하는 자연 현상인 ‘외부전파(epizoochory)’에서 착안해, 나노플라스틱을 단백질로 ‘붙이고’ 다시 ‘떼어내는’ 생물모사 센서 구조를 고안했다. 이 센서는 전극 표면에 기능화된 아밀로이드 올리고머 단백질이 나노플라스틱과 상호작용할 때 발생하는 전기 신호의 변화를 활용해, 나노 수준 입자도 정밀하게 검출할 수 있도록 설계되었다.

▲ 나노플라스틱 검출 결과 (a-b) 실험실 환경, (c-d) 바닷물 환경, (e-h) 모래 환경, (i-k) 나노플라스틱과 비플라스틱 재료의 선택성 실험

특히 금 나노구조 기반 미세 돌기 표면을 통해 단백질의 부착력과 감지 민감도를 극대화함으로써, 기존 기술 대비 500배 이상 향상된 감지 민감도(LOD: 0.679 ng/mL)를 확보하였다. 또한 물벼룩, 날치알, 인체 혈청 등 실제 시료에서도 높은 정밀도와 재현성을 입증해 범용 진단 플랫폼으로서의 실효성과 확장 가능성을 보여주었다.

박진성 교수는 “기존 기술은 특정 고분자나 형상에만 국한됐지만, 본 기술은 다양한 환경 조건에서도 나노플라스틱을 고감도로 분석할 수 있는 세계 최초의 범용 플랫폼”이라며 “고가 장비 없이도 현장 분석이 가능해 향후 수질, 토양, 식품 안전 등 여러 분야에서 실용화가 기대된다”고 밝혔다.

공동 제1저자인 김치현·박주형 박사는 “단백질 부착 특성과 전기화학 신호 해석을 접목해 극미량의 나노플라스틱을 정량 검출한 것이 본 연구의 핵심”이라며, “인체 건강 영향 분석과 환경 오염 조사에 활용 가능한 간편 진단 기술로 발전시킬 계획”이라고 설명했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부, 보건복지부 등 정부 부처의 지원 아래 한국연구재단 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발사업 등 다수의 국가 연구개발 과제로 수행되었다.

※ 논문명: Epizoochory-inspired universal nanoplastic sensor

※ 학술지: Chemical Engineering Journal (IF: 13.4)