바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀(공동 1저자 김치현, 박주형 박사)은 고려대학교 이규도 교수, 한국교통대학교 이원석 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 다양한 종류와 크기의 나노플라스틱을 하나의 센서로 정밀하게 측정할 수 있는 세계 최초의 범용 센서를 개발하였다.

나노플라스틱은 해양·토양·수생 생물·인체 등 다양한 환경과 생물권에 침투해 생태계 교란과 인체 건강을 위협하지만, 크기가 수십~수백 나노미터로 매우 작아 기존 필터링이나 광학 장비로는 탐지가 어렵다. 현재 기술 역시 특정 플라스틱의 종류나 형상에 국한되거나, 고가 장비와 복잡한 전처리가 필요해 현장 적용이 제한적이다. 이에 따라, 다양한 종류·크기·형태의 나노플라스틱을 정량적으로 검출할 수 있는 보편적 센서 기술 개발이 절실하다.

이에 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. 특히, 금 나노구조 기반의 미세 돌기 표면을 적용하여 단백질 부착력과 감지 민감도를 극대화함으로써 기존 기술 대비 500배 이상 향상된 검출 민감도(LOD: 0.679 ng/mL)를 확보하였다. 또한 바닷물, 모래 등 다양한 환경 뿐만 아니라, 물벼룩, 날치알, 인체 혈청 등 실제 시료 분석에서도 높은 정밀도와 재현성을 입증하여, 범용 진단 플랫폼으로서의 실효성과 확장 가능성을 확인하였다.

본 연구는 특정 플라스틱에 국한되지 않는 ‘세계 최초 범용 나노플라스틱 전기화학 센서’를 제시함으로써, 다양한 플라스틱에 대하여 고가 장비 없이 빠르고 민감하게 검출할 수 있다는 점에서 의의가 크다. 이를 통해 하고, 수질·토양·식품 안전, 인체 노출 평가 등 다방면의 환경 모니터링 분야에서의 활용이 기대된다.

이번 연구는 과학기술정보통신부(IITP-2025-RS-2023-00258971), 보건복지부(KH140292) 등 정부 부처의 지원과, 한국연구재단(NRF-2023R1A2C2004964, RS-2023-00222737, RS-2024-00460957, RS-2024-00438542, RS-2025-00561260, RS-2025-00554830, RS-2024-00353529) 등의 지원을 받아 수행되었다. 연구 성과는 연구의 우수성을 인정받아 환경 공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’ 저널(IF: 13.2)에 2025년 6월 27일 온라인 게재되었다.

※ 논문명: Epizoochory-inspired universal nanoplastic sensor

※ 학술지: Chemical Engineering Journal

※ 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165434

자연현상(Epizoochory) 모사 원리를 적용한 전기화학 기반 나노플라스틱 검출 기술