고감도 센서 칩 이용, 농식품 유해독소 초고감도 검출 기술 개발

[기계신문] 최근 살모넬라균에 의한 케이크 식중독 사태가 전국적으로 이슈가 된 가운데, 재료연구소(KIMS) 나노표면연구실 박성규 박사 연구팀이 한양대 주재범 교수팀과 공동연구를 통해 농식품 내 존재하는 여러 종의 곰팡이 독소를 0.01ppb 이하로 검출하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

고온다습한 여름철에는 곡류, 두류, 견과류 등의 농산물에 곰팡이가 생기지 않도록 세심한 주의를 기울여야 한다. 농식품에 핀 곰팡이는 물로 씻으면 쉽게 제거되지만 곰팡이에 의해 생성된 유해 독소는 세척과 가열로도 완전히 제거되지 않는다. 따라서 국내에서도 식품이나 동물 사료 등을 검사할 때 다양한 곰팡이 독소를 검사하는 과정을 거친다.

박성규 박사 연구팀은 고밀도 금속 나노구조체의 플라즈몬 공명 현상을 이용해 0.01ppb 이하 극미량의 곰팡이 독소 검출이 가능한 고감도 센서 칩을 개발했다. 이와 함께 한양대 주재범 교수 연구팀은 특정 곰팡이 독소만을 선택적으로 나노구조체 상에 결합시켜 초고속 라만 맵핑 광학 이미지 구현을 통해 분석 가능한 경쟁 면역분석법을 개발했다.

연구팀은 대표적인 곰팡이 독소인 아플라톡신(aflatoxin), 푸모니신(fumonisin), 오크라톡신(orchratoxin) 3종을 고감도 센서 어레이에 결합한 후 초고속 라만(Raman) 맵핑 기술을 적용해 3종 모두 0.01ppb 이하의 극미량을 분석하는데 성공했다. 0.01ppb 이하의 농도 검출은 식약청 기준 대비 1,000배 이하이며, 기존 측정법과 비교해도 약 100배 이상의 민감도 향상을 나타낸다.

지금까지의 곰팡이 독소 분석법은 항체에 효소를 결합시킨 후 그 반응을 이용하는 효소면역측정법(ELISA)을 사용해왔다. 하지만 낮은 민감도와 대용량 샘플의 필요, 다중 진단의 어려움 등 여러 문제점이 존재했다.

연구팀이 개발한 고감도 센서 칩을 휴대형 초고속 광분석기에 접목시킬 경우, 농식품에 포함된 극미량의 유해물질을 현장에서 정확하게 검출하는 것이 가능하다. 또한, 이번 개발 기술은 혈액, 소변, 땀 등에 포함된 질병인자를 조기 검출할 수 있어 휴대형 의료진단 기기로도 활용될 가능성이 높을 것으로 기대된다.

재료연구소 박성규 책임연구원은 “고온다습한 여름철, 곰팡이가 만들어내는 유해독소는 일반적인 조리과정과 가열로 제거되지 않으므로 특별한 주의가 필요하다”며 “여러 종의 곰팡이 독소를 현장에서 빠른 시간 내에 정확하게 검출할 수 있는 이 기술이 상용화될 경우, 국민 안전과 보건 향상에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 농림축산식품부 산하 농림수산식품기술기획평가원의 지원 사업으로 수행 중인 ‘나노바이오 기술을 활용한 농산물 유해물질 초고감도 판별 기술 개발’ 과제를 통해 진행됐으며, 현재 연구팀은 국내 광학기기 제조업체와 공동으로 휴대형 고감도 곰팡이 독소 검출기를 개발 중에 있다.