빛으로 수돗물 속 미세플라스틱 잡아낸다

KIST 전기-광집게현상, 표면증강라만산란을 통해 초미세플라스틱 빠르게 검지

최근 우리나라 주요 강의 미세플라스틱 농도가 세계에서 가장 높다는 연구결과가 발표되었다. 생활 속에서 간단히 마시는 티백제품에도, 마시는 물에도 미세플라스틱이 검출되었다는 뉴스를 쉽게 접할 수 있다.  

미세플라스틱은 우리 생활 속 플라스틱이 폐기 후 생태계로 유입되어 물리적·화학적으로 쪼개져 마이크로~나노 크기로 존재하는 플라스틱으로 우리의 건강과 환경 전반에 미치는 영향이 매우 크다. 

하지만 미세플라스틱, 그 중에서도 100nm 이하의 초미세플라스틱은 그 크기가 매우 작고 농도도 매우 낮기 때문에 검지에 한계가 있다. 나노 크기의 플라스틱 입자를 검지하기 위해서는 플라스틱 시료를 농축하는 전처리 과정에 수시간~수일에 걸친 시간과 많은 비용이 소요되기 때문이다.

한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진) 뇌융합기술연구단 유용상 박사 연구팀은 초미세 나노 플라스틱을 나노 사이즈의 금, 은 입자와 함께 전기-광집게를 이용해 짧은 시간 내 시료를 농축시키고, 빛을 이용한 실시간 검지시스템을 개발했다고 16일 밝혔다.

연구진은 절연막을 사이에 두고 양면이 금속으로 된 대면적 3층 수직배열의 전극에 전기를 공급하고, 동시에 분자의 진동수에 따른 입사광과 산란광의 에너지 차이를 분석하는 라만 광검지 방식을 채택했다. 

이 과정에서 나노 사이즈의 금, 은 입자인 플라즈모닉 나노입자를 활용해 시료를 농축했으며, 그 결과 미세플라스틱 검지를 위해 필요한 농축, 검지시간을 수 초로 줄일 수 있었다. 
 

▲ 전기-광 집게 현상 및 표면증강라만현상을 이용한 나노플라스틱 라만 광검지 메커니즘과 이에 따른 축적시간 감소 및 광신호 증폭


한편, 연구진은 유전영동(Dielectrophoresis) 현상을 이용해 시료에서 입자를 쉽게 분리해냈다. 이를 통해 기존에 나노플라스틱 분석을 위해 채집 (collection), 분류 (separation), 분석(analysis)까지 하루 이상이 걸리던 전 과정을 하나의 플랫폼 안에서 실시간으로 1초 단위로 분리 및 검지 가능한 원천기술을 확보할 수 있었다.

본 연구를 수행한 KIST 정의태 연구원과 유의랑 박사는 “이번 연구 결과를 확장해 실제 여러 수자원의 미세플라스틱 농도를 측정하고 안전한 수자원 확보 기술로의 활용을 기대하고 있다”고 말했다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호)지원을 받아 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 국제 학술지인 「ACS Nano」 (IF : 18.027) 최신호에 표지논문으로 게재되었다.

글. 우정남 기자 insight1592@gmail.com / 자료. KIST 제공

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