물 속 비소 찾아내는 초간단 액정 센서 개발 > IT/과학기사 | it/science

한국과 프랑스 연구팀이 새로운 비소 검출 기술을 개발했다.

비소는 농약이나 방부제, 반도체 제조 등 여러 산업 활동을 통해 환경으로 배출되는 오염물질이다. 3가 비소는 독성이 강하고 물에 잘 녹아 지하수를 오염시키고, 장기간 노출 시 암을 비롯한 심각한 건강 문제를 유발할 수 있다.세계보건기구WHO는 식수 내 비소 허용 기준을 10ppb 이하로 제한하고 있다.

문제는 비소 검출이 쉽지 않다는 점이다. 기존 기술은 비용이 많이 들고 복잡해 실제 활용이 어려웠다.


김영기 포항공과대학교포스텍 화학공학과 교수와 김혜인 박사과정생은 프랑스 리토랄 오팔 코스트대 연구진과 함께 새로운 비소 검출 센서를 개발했다.

연구팀이 개발한 센서는 액정liquid crystal의 독특한 특성을 활용했다. 액정은 일상에서 TV나 스마트폰 디스플레이에 사용되는 물질로 미세한 변화에도 분자 배열이 민감하게 반응한다. 이런 변화는 육안으로 확인이 가능한 광학 신호로도 나타난다.

연구팀은 물과 액정이 만나는 경계면에 비소와 선택적으로 잘 결합하는 L-시스테인L-cysteine이 코팅된 탄소점Carbon dot을 배치했다. 그 결과, 물속에 비소가 있으면 이 물질이 L-시스테인과 결합하고, 액정 분자의 배열 구조가 변화하면서 뚜렷한 색상 변화를 일으켜 비소 존재 여부와 농도를 쉽게 확인할 수 있다.

실험 결과, 이 센서는 1ppb부터 4ppm의 넓은 범위에서 비소를 빠르게 검출해 냈다. 검출에 걸린 시간도 수 초에서 최대 2분으로 짧았다. WHO가 권장하는 기준보다 10배 이상 낮은 농도까지 감지가 가능한 수준이다.

이 기술의 가장 큰 장점은 실제 현장에서의 활용성이다. 복잡한 시료 전처리 과정이나 고가의 분석 장비 없이도 비소 오염 여부를 즉각적으로 확인할 수 있어 장비와 인프라가 부족한 개발도상국에서 유용하게 활용될 것으로 기대한다.

김영기 교수는 “비소 오염 문제는 개발도상국뿐만 아니라 전 세계적으로 심각한 환경 문제로 대두되고 있다”며 “이번 연구가 간편하면서도 고감도의 비소 검출을 가능하게 함으로써 안전한 식수 확보에 기여할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

참고 자료

Advanced Optical Materials2025, DOI : https://doi.org/10.1002/adom.202403136

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이종현 기자 iu@chosunbiz.com