[내외신문 =조동현 기자] 세종대학교(총장 배덕효) 기계공학과 정재희 교수와 한국기계연구원(원장 박상진) 김상복 선임연구원 연구팀이 액막형 사이클론(웻사이클론, Wet-cyclone)의 성능을 극대화 할 수 있는 초소수성 친수막 처리 및 사이클론 내부 유체 거동 제어를 통하여, 세계 최고 수준의 바이오미세먼지 연속 액상 포집 기술을 개발했다.

공기 중 부유하고 있는 바이러스, 박테리아, 곰팡이와 같은 미생물을 통칭, “바이오미세먼지”라 일컫는다. 환경성 질환 및 전염성 질병과 관련된 이러한 바이오미세먼지 내 박테리아와 곰팡이과 같은 미생물들은 일반적으로 콜로니계수법으로 측정되고 있지만, 이는 시료 포집부터 결과 분석까지 24시간 이상의 장시간이 소요되기 때문에 현장에서 즉각적인 확인이 어렵고 노출 저감을 위한 관리로 이어지는데 어려움이 있었다.

공기 중 바이오미세먼지의 농도는 1 μm 크기 이상의 미세먼지 대비, 콜로니 농도 기준으로 약 10 만배 낮은 농도로, 미세먼지에 비해 매우 희박하게 존재한다.

이로 인해, 바이오미세먼지를 연속적으로 탐지가 가능할 수준의 고농축 액상 포집할 수 있는 기술이 필수적이다.

기존 기술은, 이러한 포집 시료의 농축비를 높이기 위해서, 포집 시간을 늘려 사용하거나, 시료와 결합할 수 있는 재료를 사용하여 시료를 액체에 옮기는 방법을 사용해 왔으나, 중간 과정 없이 고농축액상 포집 시료를 실시간으로 연속 공급하는데 한계가 있었다.

이에 연구팀은 바이오미세먼지 포집을 위한 사이클론 내부에 초친수성 표면처리 및 액체-기체 계면 제어를 최적화함으로써, 약 240 만배 이상 세계최고 수준의 부유미생물 연속 농축성능을 확보했으며 그 결과, 실시간 탐지를 가능케 하는 바이오미세먼지 포집장치를 만들 수 있었다.

더 나아가 포집장치를 미세유체칩 기반 ATP 검출 장치와 결합하여, 공기 중 바이오미세먼지를 실시간으로 검출이 가능한 탐지 시스템을 개발할 수 있었다.

정 교수는 “최근 코로나 이슈로부터 공기 중 부유미생물에 대한 국민적 관심이 상당히 높아진 상황이다. 본 연구는 이러한 부유미생물 농도 정보를 연속적으로 확인할 수 있는 바이오미세먼지 실시간 모니터링 장비 개발의 첫 발걸음을 땐 것이다”라고 말했다.

또 “공기 중 다른 오염물질과 달리, 생물학적 특성을 갖는 바이오미세먼지의 실시간 탐지는 기술적 난제가 큰, 매우 도전적인 분야이다. 그러나, 막대한 인명과 재산피해로 이어질 수 있는 바이오미세먼지의 효율적 관리를 위해, 향후 이러한 탐지-모니터링 기술 개발과 전파 및 확산을 예측하여 선제적으로 대응할 수 있는 바이오미세먼지 제어 기술 연구를 끊임없이 이어나가겠다” 라고 각오를 밝혔다.

김 선임연구원은 “국가단위의 바이오미세먼지 감시 체계 구축을 위해서는 바이오미세먼지 탐지와 결과 데이터 전송의 자동화 기술이 필수적이다”라며, “이를 위해 한국기계연구원의 강점인 자동화 및 실용화 기술 개발 경험을 잘 활용하여, 개발된 포집 장치를 고도화하고 바이오미세먼지의 포집부터 탐지 및 데이터 전송까지 자동으로 이루어질 수 있는 상용화 시스템 개발을 위해 노력하겠다”고 말했다.

과학기술정통부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구)과 세종대 및 한국기계연구원의 기관고유과제의 지원으로 수행한 이번 연구 성과는 국제학술지‘나노레터스(Nano Letters)’에 1월 27일 게재됐다.