건국대학교 KU융합과학기술원 전봉현 교수(시스템생명공학과) 연구팀이 수은 금속 나노소재를 활용해 수은을 1분 이내에 검출할 수 있는 시스템을 개발했다.
연구팀은 실리카-은 복합 나노소재를 무기수은이 미량 함유된 시료와 혼합하면 소재 표면에서 아말감과 은 나노입자의 융합(coalescence) 구조가 형성된다는 것을 발견했다.
이에 연구팀은 실리카-은 복합 나노소재가 수은에 반응하는 표면 구조에 주목해, 표면증강 라만분광법(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS) 기반의 수은 검출법으로 활용했다.
해당 기법은 금속 나노소재 표면에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)으로 흡착된 분자 고유의 ‘라만 산란 신호’를 비약적으로 증폭시키는 분석 기법이다. 아주 미량의 분자도 검출할 수 있어 수많은 유기물 검출에 활용되고 있다.
연구팀은 라만 리포터가 도입된 실리카-은 복합 나노소재를 무기수은의 검출을 위한 SERS 기질로 활용했다. 수은에 반응해 변형된 표면 구조는 억제된 SERS 활성을 나타냈으며, 무기수은의 농도와 일정한 관계를 보여 정량 검출 시스템으로써 활용 가능성도 확인했다.
이번 연구로 개발된 실리카-은 복합 나노소재 기반의 검출 시스템은 1분 이내에 164ppb 수준의 미량의 무기수은을 성공적으로 검출한다. 또한 기존의 SERS 기반 검출법에서 지적돼 온 낮은 재현성을 상대표준편차(relative standard deviation) 4.62% 이하 수준으로 개선하는 데도 성공했다.
연구팀은 구축된 검출 시스템의 간편성과 신속성, 그리고 높은 재현성에 기반해 현장에서 채취된 시료 내 수은 화학종을 검출, 정량함으로써 중금속 노출 환경에 대한 신속한 실태 조사에 활용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
해당 연구는 국제 저명 학회인 미국 화학회(ACS, American Chemical Society)의 국제 저명학술지 ‘ACS Applied Nano Materials’에 지난달 내표지 논문으로 게재됐다.
이번 연구는 건국대 생명공학과 김윤희 박사과정 학생이 제1저자로 참여했으며, 강원대 장혜진 교수와 건국대 전봉현 교수가 공동 교신저자로 참여했다.
한편 이 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부가 추진하는 중견연구자지원사업, 원천기술개발사업(BRIDGE융합연구개발사업), 산업통상자원부 바이오·의료기술 개발 사업과 건국대학교의 지원으로 수행됐다.
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