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[헤럴드경제=구본혁 기자] 6시간 걸리던 식중독균 검사를 단 1분만에 초고속으로 끝낼 수 있는 획기적 기술이 개발됐따.

POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과 김영기 교수 연구팀은 세균을 빛으로 감지하는 초고속 바이오센서를 개발했다.

연구팀이 주목한 소재는 TV와 스마트폰 화면에 사용되는 ‘액정’이다. 액정은 외부 작은 변화에도 분자 배열이 민감하게 바뀌고, 그 변화를 빛의 밝기나 색으로 나타내 바이오 센서 분야에서도 떠오르는 소재다.

연구팀은 구조가 비슷한 두 아미노산, ‘글루탐산’과 ‘아스파트산’이 액정과 서로 다른 방식으로 반응한다는 사실을 발견했다. 두 아미노산은 액정 표면에 붙었다가 떨어지는 ‘흡착-탈착’ 과정을 반복하며 액정 배열을 변화시키고, 그 결과 밝아졌다가 어두워지는 광학 신호를 만들어 냈다. 이 과정은 pH(용액의 산성도)에 따라 달라졌다. 아미노산 전하 상태가 바뀌면서 액정과의 결합 방식도 달라지기 때문이다. 음전하 상태에서는 계면에 안정적으로 붙어 지속적인 신호를 만들었고, 중성일 상태에서는 일시적인 신호만 나타났고, 양전하 상태에서는 두 아미노산 간 신호 강도 차이가 뚜렷했다.

아미노산(글루탐산, 아스파트산) 및 박테리아 유입에 따라 광학 신호를 생성하는 액정 기반 시스템 모식도.[POSTECH 제공]

살모넬라, 포도상구균, 대장균 등 박테리아 부산물이 더해지자 변화가 더욱 뚜렷해진다. 아미노산과 이들 물질이 결합해 형성한 복합체는 액정 표면에 더 강하게 붙었다. 아미노산이 액정 표면에 훨씬 강하게, 안정적으로 달라붙어 광학 신호가 증폭되며 세균의 존재를 눈으로 쉽게 구별할 수 있게 된 것이다.

이 시스템은 극미량(100cfu/ml)의 살모넬라균도 1분 이내에 감지했다. 기존 검사법(PCR)이 최소 6시간 걸리는 것과 비교하면 획기적인 속도다.

김영기 교수는 “이 기술이 상용화되면 식품 공정이나 병원 진단, 환경 모니터링 등 분야에서 즉각적인 오염 감지가 가능해질 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 게재됐다.