성균관대학교(총장 유지범)는 측백나무 열매와 잔디 구조를 모방한 나노 구조체를 이용하여 잔류농약 성분으로 널리 알려진 티람(Thiram)을 기존 연구대비 1만 배가량 민감한 초고민감도 검출에 성공하였다고 밝혔다. 특히, 티람 누출 위험이 의심되는 경로(토양, 식수, 우유)에서 티람 검출을 성공적으로 수행한 성균관대 바이오메카트로닉스학과 박진성 교수 연구팀은 이 같은 내용을 센서 장비(Instruments & Instrumentation) 분야 1위 국제학술지 Sensors and Actuators B – Chemical에 1월 26일자 온라인 출간하였다.

티람(Thiram)은 농작물의 다양한 곰팡이성 질병에 매우 효과적인 항진균성 살충제로, 작물을 보호하고 농업 생산성을 향상시키는데 큰 효능을 입증해 왔다. 하지만 티람을 작물에 사용할 때, 일부가 토양으로 침출되어 지하수에 침투하게 되고 잠재적으로 식수를 오염시킬 가능성이 있다. 또한 살충제가 사용된 지역에서 소들이 풀을 뜯거나 물을 마시면, 잔류 티람 성분이 우유에도 포함될 수 있다. 실제로 토양, 식수, 우유와 같은 다양한 환경에서 티람의 검출연구는 계속 보고되고 있고, 티람의 규제는 미국을 포함한 전 세계적으로 확산하는 추세이다. 연구에 따르면 티람이 체내에 축적될 경우 신경장애, 위장장애, 호흡기 문제, 피부 장애 등 다양한 질병 발생을 야기할 수 있어 다양한 환경 조건에서 잔류 티람을 고민감하게 검출하는 방법이 매우 중요하다.

연구팀은 물질에 고유 스펙트럼을 분석할 수 있는 라만 장비를 사용하여 티람 검출을 시도하였다. 특히, 라만 신호를 극대화하기 위해 표면 증강 라만 산란(SERS) 기법을 적용하였고, 이는 기판의 나노 구조 형상에 따라 그 성능이 결정된다. 이를 위해 본 연구팀은 측백나무 열매를 모방한 금 나노입자(TFNPs)와 잔디 형상을 모방한 나노 그래스 구조체(NG)를 제작하여 TFNPs@NG라 명명하는 기판을 제작하였고, TFNPs@NG 기판 위에서 티람의 라만 신호를 측정하여 초고민감도 검출에 성공하였다. 

성균관대 박진성 교수 연구팀은 티람 검출 성능을 높이기 위해 최적화 실험을 진행하였다. 티람과 TFNPs를 우선 반응 한 후 NG 기판에 도포하는 방식이 가장 민감한 신호를 발생하는 것을 확인하였다. 이러한 방식을 이용하여 티람을 극저농도인 120 fM (femto molar, 10-15M)농도까지 검출하는 데 성공하였다. 또한, 실제 환경에서 티람이 누출 가능한 토양, 수돗물, 우유에서는 각각 1.09ng/g, 762fM, 142fM농도까지 검출하였다. 이러한 농도는 기존 연구대비 약 1만배가량 민감도가 개선된 결과이다. 

본 연구의 교신저자인 박진성 교수는 “본 연구에서 제안하는 나노 구조체 기술은 잔류농약 성분 뿐 아니라 다양한 환경 독성 물질을 검출하기 위한 초석 연구로 활용될 가능성이 크다.”며 “향후 실제 환경에서 독성 물질 정밀 모니터링을 위한 기술로 응용되기를 기대한다.”고 밝혔다.

이번 연구를 진행한 김우창 박사는 “이번 연구를 바탕으로 티람뿐 아니라 체내에 축적되어 다양한 질병을 유발하는 잔류농약 독성 물질들을 실제 환경에서 동시에 검출할 수 있는 멀티 센싱 플랫폼을 구축할 수 있도록 연구에 정진하고자 한다.”라고 포부를 밝혔다. 

본 연구는 한국연구재단(기초과학연구, 중견연구)의 지원을 받아 진행되었다. 

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