국내 연구진, 공기 중 세균·곰팡이 실시간 탐지기술 개발

공기 중에 부유하는 미생물이 사이클론에 포집돼 부유미생물 내 ATP와 루시퍼린/루시퍼라아제 엔자임 효소의 반응으로부터 방출되는 생물발광을 측정하는 원리.(세종대 정재희 제공)

국내 연구진이 공기 중 떠다니는 세균이나 곰팡이 등 부유미생물의 농도를 실시간으로 탐지할 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 세종대학교 정재희 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 김병찬 박사 연구팀이 공기 중 부유미생물이 가진 생체물질, ATP(아데노신 삼인산)의 농도를 실시간 측정하는 시스템을 개발했다고 1일 밝혔다.

ATP는 생명체의 세포가 호흡, 대사를 위해 에너지로 사용하는 물질이다.

영양액을 응고시킨 고체배지에 시료를 배양, 증식한 미생물 집락을 세는 방법은 시료포집부터 결과분석까지 하루 이상 소요돼 현장에서 즉각적 확인을 통한 노출저감 관리에 어려움이 있을 수 있다.때문에 부유미생물을 액상으로 포집, 미생물이 가진 ATP와 반응해 빛을 내는 발광효소를 이용하려는 다양한 시도가 있었다.

그러나 약 1억개 입자 중 1개가 존재하는 부유미생물을 센서가 읽어낼 수 있을 정도로 농축하는 데 한계가 있었고, 시료 포집부터 분석까지 일련의 작업들이 연속적으로 자동화되지 못했다. 또 상온에서 활성이 저하되는 발광효소의 특성상 장시간 연속적 모니터링에 이용하기 어려웠다.

이에 연구팀은 청소기부터 화력발전소에 이르기까지 공기에 섞여있는 먼지를 포집하는데 널리 쓰이는 사이클론을 개량해 부유미생물을 액상으로 100만배까지 농축하는 데 성공했다.

연구팀은 시료와 닿는 사이클론 내부 표면을 균일한 액막이 형성되도록 초친수성 물질로 처리했다. 이를 통해 공기 중 시료를 액상 계면에 자연스럽게 액화 포집하는 동시에 바로 탐지부로 이송되도록 자동화하는 데 성공했다.

또 상온에서도 1개월 이상 활성을 유지할 수 있도록 발광효소와 기질을 디스크 형태의 종이에 동시에 고정화해 탐지부를 구성함으로써 모니터링의 지속성을 보완했다.

다중이용시설인 서울시내 6개 지하철 역사에서 개발된 시스템에 대한 현장적용 평가를 실시한 결과 5분마다 연속적으로 부유미생물 농도정보를 얻을 수 있었고 이 정보는 기존 측정한 농도와 근사한 것으로 나타났다.

연구팀은 향후 현장의 특성을 고려한 다양한 실내외 대기환경을 모니터링할 수 있는 실용화 연구를 계속할 계획이다.

이번 연구 성과는 국제학술지 ‘ACS 센서’에 지난 2월 28일 표지논문으로 게재됐다.

(대전=뉴스1)