식중독균 검출 시간을 6시간에서 1분으로 획기적으로 단축하는 초고속 바이오센서 기술이 개발됐다. 포항공대, 서울대, 국립군산대 공동 연구팀은 액정의 민감한 변화를 이용해 외부의 작은 변화에도 반응하는 센서로 세균 존재를 즉각적으로 확인할 수 있는 시스템을 구축했다. 이 기술은 식품 안전, 병원 진단, 환경 관측 등 다양한 분야에 적용될 전망이다.
식중독 사고 예방 및 신속 대응에 핵심적인 식중독균 검사 시간이 획기적으로 단축될 전망이다. 기존에 대표적인 식중독 원인균인 살모넬라를 확인하는 데 최소 6시간이 소요되던 검사 과정이 국내 연구진의 신기술 개발로 1분 이내로 줄어들었다. 포항공학대학교(POSTECH) 화학공학과 김영기 교수, 통합과정 최예나 씨, 서울대학교 화학과 손창윤 교수, 통합과정 이상민 씨, 그리고 국립군산대학교 이차전지에너지학부 이민재 교수 공동연구팀은 외부의 미세한 변화에도 민감하게 반응하는 액정의 특성을 활용한 초고속 바이오센서 기술을 성공적으로 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 연례적으로 발생하는 식중독 사고에 대한 신속하고 정확한 대응을 가능하게 할 것으로 기대된다.
▲ 식중독 검사 시간 획기적 단축
식중독 발생 시 신속한 원인 규명은 확산 방지와 효과적인 치료에 직결된다. 하지만 현재 식품의약품안전처 등 관련 기관에서 사용되는 식중독균 검사법은 그 과정이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점을 가지고 있다. 특히 살모넬라, 포도상구균, 대장균 등 주요 식중독 원인균을 검출하는 데 최소 6시간 이상이 소요되어, 대규모 식중독 사고 발생 시 즉각적인 조치에 어려움이 있었다. 이번에 개발된 기술은 이러한 기존 검사법의 한계를 극복하고, 극미량의 살모넬라균도 1분 이내에 감지하는 놀라운 속도를 자랑한다. 이는 기존 검사 시간 대비 360배 이상 빠른 속도로, 식품 공정에서의 실시간 모니터링, 병원에서의 신속 진단, 그리고 환경 오염 여부의 즉각적인 확인 등 다양한 분야에서 혁신을 가져올 것으로 예상된다.
▲ 액정 기반 바이오센서 기술 원리
공동연구팀은 외부의 작은 변화에도 분자 배열이 민감하게 바뀌는 액정의 특성에 주목했다. 이 시스템은 글루탐산과 아스파트산 등 특정 아미노산이 살모넬라, 포도상구균, 대장균 등 박테리아 부산물과 결합해 형성한 복합체를 활용한다. 이 복합체는 액정 표면에 강하게 결합하며, 이 과정에서 발생하는 광학 신호가 증폭된다. 이를 통해 세균의 존재 여부를 육안으로 쉽게 구별할 수 있도록 하는 원리이다. 즉, 세균이 배출하는 특정 물질이 센서 표면에 부착된 액정 분자의 배열 변화를 유도하고, 이 변화가 빛의 형태로 감지되는 것이다. 복잡한 장비나 전문적인 기술 없이도 빛의 변화만으로 세균을 확인할 수 있다는 점에서 큰 장점을 가진다.
▲ 미래 산업 적용 가능성
이번에 개발된 초고속 바이오센서 기술은 식품 산업의 안전 관리 수준을 한 단계 끌어올릴 뿐만 아니라, 의료, 환경 등 다양한 분야에서 광범위하게 활용될 잠재력을 지니고 있다. 식품 생산 라인에서는 원료부터 최종 제품까지 각 단계별 오염 여부를 실시간으로 점검하여 식중독 사고를 원천적으로 차단하는 데 기여할 수 있다. 병원에서는 환자의 감염 여부를 신속하게 진단하여 적절한 치료 시기를 놓치지 않도록 도울 수 있으며, 특히 의료 시설이 부족한 지역에서도 간편하게 사용할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 또한, 환경 모니터링 분야에서도 수질, 대기 등의 오염 물질을 신속하게 감지하여 환경 보호 활동에 기여할 것으로 기대된다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스트 사이언스(Advanced Science)'에 게재되어 기술의 우수성을 입증받았으며, 김영기 교수는 "차세대 액정 기반 센서 분야 전반에 폭넓게 적용할 수 있을 것"이라며 미래 기술 발전에 대한 기대감을 나타냈다.