코로나19 확산으로 공기 중에 떠다니는 바이러스 등 위험 물질에 대한 경각심이 고조되는 가운데 이같은 위험 물질을 포착하고 경고하는 기술이 잇따라 개발되고 있다.

지스트(GIST·광주과학기술원) 송영민 교수 연구팀은 최근 바이러스를 활용해 공기 중 보이지 않는 산업용 화학 물질, 환경 오염 물질 등을 감지하는 비색 검출 센서를 개발했다. 센서는 색상 변화를 통해 습도, 산도, 특정 화학물질의 농도 등을 알려준다. 연구진은 기존 비색 검출 센서를 보완하는 ‘고효율’ 센서 개발에 집중했다. 기존 센서는 제작 절차가 까다롭고 구조가 복잡했던 탓에 대규모 생산이 어려웠으며, 반응 시간도 다소 느렸다.

지스트 연구팀이 개발한 비색 검출센서.

연구진은 M13 박테리오파지를 이용했다. 이 바이러스는 체적 팽창 특성이 있으며, 유해 화합물 등 주변 환경 변화에 대응해 구조를 변경하고 광학적 특성을 바꾸는 데 용이하다.

먼저 고손실 초박형 공명 촉진층(HLRP)과 M13 박테리오파지를 결합해 유전자를 조작했다. 이어 공기 내 특정 물질에 대해 박테리오파지가 극도로 민감하게 반응하도록 기질을 최적화, 바이러스의 코팅층 공명을 극대화해 나노미터 수준의 변화도 감지할 수 있도록 만들었다.

송 교수는 “센서는 미세한 습도 변화뿐 아니라 휘발성 유기 화학물질, 내분비계 교란 화학물질 등을 감지하는 실험에서 모두 뚜렷한 색상 변화를 보였다”며 “대량생산이 가능한 이 센서는 향후 유전 공학 발전에 따라 의료 산업에도 활용될 수 있으며, 특정 바이러스 및 병원균을 탐지하기 위한 진단 키트로 사용할 수 있다”고 말했다. 이 연구는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’(Advanced Science) 21일자 온라인에 게재됐다.

유니스트(UNIST·울산과학기술원) 장재성 교수팀은 전기장을 이용해 공기 중 바이러스 양을 빠르게 측정할 수 있는 시스템을 개발했다.

공기 중 바이러스를 진단하려면 바이러스가 포함된 입자(비말 등)를 잡아내는 채집기와 바이러스를 감지하는 센서가 필요하다. 기존 채집 방식은 진공청소기 원리와 비슷해 채집 과정에서 바이러스가 손상되거나 입자 크기에 한계가 있는 등 문제가 있었다.

장 교수팀은 정전기력을 이용해 공기 중 바이러스를 채집하고, 면역 반응(항원-항체)을 이용해 검사 속도를 높였다. 채집한 샘플은 값싼 ‘종이 면역 센서’를 이용해 검사한다.

이 방식을 활용하면 1㎛(마이크로미터) 미만의 작은 입자도 효과적으로 채집할 수 있으며, 채집 과정에서 입자가 용액에 부딪혔을 때 충격을 줄여 바이러스 훼손을 줄일 수 있다.

장 교수는 “이번 연구는 독감 바이러스에 대해서만 이뤄졌지만, 비슷한 크기·구조·외피를 가진 코로나바이러스에 대해서도 적용할 수 있다”라면서 “현재 더 많은 공기를 뽑아 들일 수 있는 농축 장치에 관한 연구가 진행 중이다”고 말했다.

이번 연구는 환경공학 분야 국제 저널인 ‘환경 과학과 기술’(Environmental Science & Technology) 24일 자 온라인에 게재됐다.

/유연재 기자 yjyou@kwangju.co.kr