[스마트경제=복현명 기자] 국내 연구진이 세계 최초로 비스무스 나노플레이트(Bismuth nanoplate, BiNP)와 나피온(Nafion)을 이용해 수돗물과 방류수 등 수질 환경에서 질병을 유발하는 중금속(납과 카드뮴)의 초고민감도 검출에 성공했다.
박진성 성균관대학교 바이오메카트로닉스학과 교수 연구팀과 이원석 한국교통대학교 교수 연구팀이 공동으로 진행한 연구 결과는 Top 9% 국제학술지 ACS Sustainable Chemistry&Engineering(Impact Factor: 9.224)에 속표지 논문(supplementary cover)으로 4월 21일 온라인 게재됐다.
연구팀은 분석하고자 하는 금속이 용해된 용액에 전압을 줘 붙이고 뗄 때 발생하는 금속 고유의 전류전위 곡선을 분석하는 방법인 양극벗김전압법(Anodic Stripping Voltammetry)을 이용했다.
특히 양극벗김전압법의 검출 신호를 극대화하기 위해서는 표면에 붙고 떨어지는 중금속의 양이 증가해야 하고 이는 전극의 구조와 재료에 따라 결정된다.
이를 위해 중금속 친화도가 높은 BiNP를 유리탄소막대전극(Glassy Carbon Electrode, 이하 GCE) 위 기능화해 표면적을 증가시킬 뿐 아니라 나노플레이트의 모서리에서 전자가 증폭되는 현상(edge-effect)을 이용해 신호를 극대화했다. 또한 양이온만 선택적으로 통과시키는 나피온(Nafion)막을 BiNP/GCE 위 기능화하여 센서의 선택도를 증가시켰다.
나피온막과 BiNP의 시너지효과로 수질 내 실험실 환경에서 극저농도인 납을 178pM(pico molar, 10-12M), 카드뮴을 376pM 농도까지 동시 검출하는 데 성공했으며 실제 수돗물에서는 납 0.22nM(nano molar, 10-9M), 카드뮴 4.08nM의 검출 능력을 보였다.
실제 서남물재생센터에서 하수처리 후 방류하는 물을 채취해 납과 카드뮴을 첨가한 후 측정한 결과 납 5.72nM, 카드뮴 33.72nM 검출 가능했다.
박진성 성균관대 바이오메카트로닉스학과 교수는 “본 연구에서 제안하는 기술은 납과 카드뮴뿐 아니라 다양한 질병 유발 중금속을 검출하기 위한 초석 연구로 활용될 가능성이 크다”라고 말했다.
본 연구는 한국환경산업기술원의 환경기술개발사업(2019002800009), 한국연구재단(NRF-2023R1A2C2004964, NRF-2022R1A2C4001990, NRF-2022R1I1A1A01066196), 교육부(2021RIS-001)와 SMC-SKKU 미래융합연구사업의 지원으로 진행됐다.
복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr
