한빛사 인터뷰
- 등록2023-04-13
- 조회1,364
1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드
해당 연구는 라만 분광학적인 검출 방식을 이용하여 환경 생물학적 측면에서 인체 및 생태계에 악영향을 미치는 과불화화합물의 일종인 과불화옥탄산 (Perfluorooctanoic Acid, 이하 PFOA)을 고민감하게 검출한 연구 결과입니다.
PFOA는 소수성의 불소(F) 체인과 친수성인 카르복실기(-COOH)로 구성된 화합물로, 화학적 구조에 따라 계면활성제의 특성과 함께 내열성 및 오염 방지 특성을 가지고 있어 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되어 왔으며, 특히 프라이팬 등의 조리도구 코팅제로 사용되어 왔습니다. 하지만, 세계보건기구(WHO) 산하의 국제 암 연구소(IARC)가 인간에게 발암가능성이 있는 ‘그룹 2B’로 분류하며 사용이 제한되었고, 지난 2018년 대구 수돗물에 과불화화합물이 기준치 이상으로 검출되어 사회적 이슈가 된 이래로 PFOA의 고민감 검출에 대한 중요성이 대두되었습니다.
이러한 PFOA를 고민감하게 검출하기 위해 본 연구에서는 파라페닐렌디아민(p-Phenylenediamine, 이하 p-PD)을 이용하였습니다. p-PD는 수용액 상에서 시간이 지남에 따라 산화되면 스스로 구형의 나노 입자가 되는 성질과 함께 특정 라만 스펙트럼을 가지고 있습니다. 이때, PFOA와 반응을 하면 p-PD 나노 입자 구조가 붕괴되면서 라만 스펙트럼의 강도가 함께 감소하게 되는데 이러한 메커니즘을 세계 최초로 응용하여 PFOA를 고민감하게 검출하는 센서 플랫폼을 개발하였습니다.
해당 플랫폼을 이용해 본 연구에서 라만 분광학적 검출 방식으로 PFOA를 실험실 환경에서 극저농도인 1.28 pM 농도까지 검출 성공하였고, 실제 수돗물 환경에서는 1.6 nM 농도까지 검출에 성공하였습니다. 또한, 실제 테플론(중합시 PFOA가 사용)이 코팅된 프라이팬을 철 수세미로 긁었을 때와 프라이팬에서 조리한 즉석밥 환경에서도 PFOA를 각각 1.69 nm, 10.3 μM의 농도까지 검출하는데 성공하였습니다.
라만 분광학적 PFOA 고민감 검출 전략 모식도
2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁드립니다.
본 연구를 진행했던 성균관대학교 바이오메카트로닉스학과의 박진성 교수님 연구실은 나노바이오환경센서(Nano Bio Environmental Sensor, NBES) 연구실입니다. 연구실에서는 이름에서 알 수 있듯이 나노 단위 수준의 구조 혹은 입자를 이용해 바이오 및 환경센서를 연구하고 있으며 특히, 스마트 헬스케어를 위한 생체 바이오마커 검출 연구를 지속적으로 진행하고 있습니다. 또한, 인체에 악영향을 끼치며 질병을 유발하는 환경 독성 물질들(중금속 이온, 잔류 농약, 기타 화합물 등)을 전기화학, 라만 분광학 기반으로 고민감하게 검출하기위한 연구도 병행하여 진행중입니다.
앞선 바이오마커, 환경 독성 물질들과 같은 미세한 타겟 물질을 고민감하게 검출하기위해 본 연구실에서는 다양한 나노 구조체 및 입자 들을 제작해 오고 있습니다. 특히, 자연적으로 우수하게 진화되어온 생태 구조들의 원리와 특성을 모방하여 나노 구조물을 제작 중에 있고, 이를 통해 센서의 민감도를 향상시키는 연구 역시 진행중에 있습니다. 마지막으로, 센서 연구를 진행하여 축적된 기술력으로 실제 수질 내 다양한 중금속 이온들을 고민감하게 검출하기 위한 전극 시스템을 개발하는 회사를 창업하여 활발히 활동 중에 있습니다.
NBES 연구실 연구주제 개략도
3. 연구 활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람
연구활동을 하며 순탄한 과정을 통해 긍정적인 결과로 귀결되는 매우 이상적인 상황도 있지만 대부분은 이상적인 결과값을 얻기 위한 과정이 순탄치 않다는 걸 연구활동 종사자 분들은 공감하실 겁니다. 그 순탄치 않은 과정속에서 길을 잃지 않고 본인의 페이스를 유지하는 일이 가장 중요한데, 제가 소속되어 있는 NBES 연구실은 항상 연구실원 개개인의 상황을 객관적으로 인지해주시고 누구보다 그 힘든 과정을 독려해주시는 지도교수님이 계셨기에 제 스스로가 정신적으로 무너지지 않고 좋은 결실을 맺을 수 있었습니다. 그런 교수님과 더불어 옆에서 함께 연구활동을 이어가고 있는 선, 후배 동료들 모두가 서로의 버팀목이 되어 주는 연구실의 수평적인 분위기가 연구활동을 하며 가지게 된 가장 큰 자부심이고, 저 또한 연구실 동료들에게 버팀목이 되어 줄 수 있다는 점과 이를 통해 궁극적으로 사회에 공헌할 수 있는 긍정적인 결과를 도출할 수 있다는 점이 가장 큰 보람으로 느껴집니다.
4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 유학준비생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?
나노-바이오 및 센서 분야는 그 범용성과 응용 가능성이 무궁무진하기에 연구 활동에 있어 본인의 역량을 충분히 발휘할 수 있는 분야가 될 수 있을 거라 생각됩니다. 어느 분야에서나 마찬가지겠지만 본인이 관심을 갖는 주제에 대한 최신 동향과 학계에 보고된 연구 결과를 모니터링하며 아이디어를 발전시켜 나간다면 반드시 의미있는 결실을 맺을 수 있을 것입니다. 다만, 앞서 잠깐 언급했듯이 결실을 맺기 까지의 과정은 순탄치 않을 수 있기에 연구 주제에 대한 애정과 함께 오랜 시간을 버틸 수 있을 끈기 역시 대학원 진학 시 필요한 요소 중 하나라고 생각합니다. 즉, 본인의 연구 주제에 대한 애정과 끊임없는 동향파악을 기본으로 끈기 있게 본인의 연구를 발전시켜 나가는 것이 이상적인 연구 활동이라고 볼 수 있겠습니다.
5. 연구 활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?
이번 연구는 수돗물, 조리도구 등 환경을 통해 체내에 유입 시 독성을 유발하는 PFOA를 고민감하게 검출한 결과였습니다. 저는 이번 연구를 발판삼아 과불화화합물에 국한되지 않고 인체에 유해성을 끼치는 다양한 독성물질을 찾아 더욱 민감하게 검출이 가능한 멀티 센싱 플랫폼을 구축하고자 추가 연구를 동료들과 진행하고 있습니다. 추가적으로 환경 유해 인자뿐만 아니라 체내에 직접적인 질병을 야기하는 바이오마커들을 고민감하게 검출할 수 있는 바이오센서 플랫폼 역시 개발해보고자 합니다.
6. 다른 하시고 싶은 이야기들.....
이번 연구 결과가 나오기까지 수많은 어려움이 있었는데 그 과정에서 중심을 잡을 수 있게 아낌없는 조언과 지도를 해 주신 박진성 교수님께 이 인터뷰를 빌어 감사하다는 말씀을 드리고 싶습니다. 누구보다 최전방에서 관심을 많이 쏟아 주셨기에 이런 의미 있는 기회가 주어졌다고 생각합니다. 또한, 실험을 진행하는데 있어 더욱 의미 있고 풍부한 지금의 결과가 나올 수 있게끔 다양하고 새로운 아이디어를 제공해주신 김웅, 박주형 박사님께도 감사 인사를 드립니다. 그리고 저의 연구생활에 있어 가장 든든한 버팀목이 되어준 동료 선후배 NBES 연구실원들 우창이형, 민우, 치현, 가영, 경환, 대일 모두에게 감사드립니다.
마지막으로 항상 같은 자리에서 묵묵히 응원해 주시는 가족들과 민선이에게도 인터뷰를 통해 누구보다 감사하다는 인사를 전하고 싶습니다.
NBES 연구실 구성원 (왼쪽부터) 채경환(석박사통합과정), 김가영(석박사통합과정), 박유진(학부연구생), 박현준(석박사통합과정), 박대일(석박사통합과정), 박진성 교수(지도교수), 김치현(석박사통합과정), 박주형 박사(연구교수), 김우창(석박사통합과정)
#Raman
# SERS
# Nano-bio sensor
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