세종대 정재희 교수팀, 바이오미세먼지 연속 액상포집 기술 개발

[머니투데이 대학경제 송하늘 기자]

세종대학교 기계공학과 정재희 교수 연구팀과 한국기계연구원 김상복 선임연구원 연구팀이 액막형 사이클론(웻사이클론, Wet-cyclone)의 성능을 극대화할 수 있는 초소수성 친수막 처리 및 사이클론 내부 유체 거동 제어를 통해 세계 최고 수준의 바이오미세먼지 연속 액상 포집 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

공기 중 부유 바이러스, 박테리아, 곰팡이와 같은 미생물을 통칭해 바이오미세먼지라 일컫는다. 환경성 질환, 전염성 질병에 관한 바이오미세먼지 내 박테리아는 일반적으로 콜로니계수법으로 측정된다. 그러나 시료 포집부터 결과 분석까지 24시간 이상의 장시간이 소요돼 현장에서 즉각적인 확인이 어렵다.

공기 중 바이오미세먼지의 농도는 1 μm 크기 이상의 미세먼지 대비 콜로니 농도 기준으로 약 10 만배 낮은 농도다. 미세먼지에 비해 매우 희박하게 존재한다. 이로 인해 연속적인 바이오미세먼지 탐지가 가능하고 고농축 액상 포집할 수 있는 기술이 필수적이다.

기존 기술은 이러한 포집 시료의 농축비를 높이기 위해 포집 시간을 늘려 사용하거나, 시료와 결합할 수 있는 재료를 사용해 시료를 액체에 옮기는 방법을 사용해왔다. 중간 과정없이 고농축액상 포집 시료를 실시간으로 연속 공급하는데 한계가 있었다.

정 교수 연구팀은 바이오미세먼지 포집을 위한 사이클론 내부에 초친수성 표면처리 및 액체-기체 계면 제어를 최적화함으로써 약 240 만배 이상 수준의 부유미생물 연속 농축성능을 확보했다. 그 결과 실시간 탐지가 가능한 바이오미세먼지 포집장치를 만들었다.

또한 포집장치를 미세유체칩 기반 ATP 검출 장치와 결합해 공기 중 바이오미세먼지를 실시간으로 검출할 수 있는 탐지 시스템도 개발했다.

정 교수는 "코로나19로 공기 중 부유미생물에 대한 국민적 관심이 상당히 높아진 상황"이라며 "이번 연구는 이러한 부유미생물 농도 정보를 연속적으로 확인할 수 있는 바이오미세먼지 실시간 모니터링 장비 개발의 첫 발걸음을 땐 것"이라고 설명했다.

그는 이어 "공기 중 생물학적 특성을 갖는 바이오미세먼지의 실시간 탐지는 기술적 난제가 크다"며 "인명 및 재산 피해로 이어질 수 있는 바이오미세먼지의 효율적 관리를 위해 지속적으로 바이오미세먼지 제어 기술 연구를 이어가겠다"고 덧붙였다.

한편 이번 연구는 과학기술정통부·한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구)과 세종대·한국기계연구원의 기관고유과제 지원을 받아 이뤄졌다. 연구 성과는 국제학술지 나노레터스(Nano Letters)에 게재됐다.

송하늘 기자

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