사이클론 이용한 공기 중 부유미생물(세균, 곰팡이) 실시간 탐지
부유미생물 고농축 액상포집 및 ATP 발광 유도효소 고정화 기술
□ 공기 중 떠다니는 세균이나 곰팡이의 농도를 실시간으로 탐지할 수 있는 바이오에어로졸 모니터링 시스템 기술이 소개됐다. 바이오에어로졸은 생물학적 기원을 가진 공기 중 부유입자를 통칭한다.
ㅇ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 정재희 교수(세종대학교) 및 김병찬 박사(KIST 환경복지연구센터장) 연구팀이 공기 중 부유미생물이 가진 생체물질, ATP의 농도를 실시간으로 측정하는 시스템을 개발했다고 밝혔다.
※ ATP(Adenosine Triphosphate, 아데노신 삼인산) : 생명체의 세포가 호흡, 대사 등을 위해 에너지로 사용하는 물질. 인산기가 떨어지면서 에너지가 발생된다.
□ 이 시스템은 환경성 질환이나 전염성 질병과 관련된 부유미생물을 포착, 안심할 수 있는 생활환경 조성을 위해 다양하게 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 숙주로부터 ATP를 빌려 쓰는 바이러스 탐지에는 적용할 수 없다.
□ 영양액을 응고시킨 고체 배지에 시료를 배양, 증식한 미생물 집락을 세는 방법※은 시료포집부터 결과분석까지 하루 이상 소요되어 현장에서의 즉각적 확인을 통한 노출저감 관리에 어려움이 있을 수 있다.
※ 콜로니계수법 : 박테리아 또는 곰팡이 같은 미생물을 고체 배지 상에 접종하고 배양함으로써 형성되는 미생물의 집락(콜로니, colony) 수를 측정(단위, CFU)
□ 때문에 부유미생물을 액상으로 포집, 미생물이 가진 ATP와 반응해 빛을 내는 발광효소를 이용하려는 다양한 시도가 있었다.
ㅇ 하지만 극저농도(약 1억 개 입자 중 1개)로 존재하는 부유미생물을 센서가 읽어낼 수 있을 정도로 농축하는 데 한계가 있었고, 시료 포집부터 분석까지 일련의 작업들이 연속적으로 자동화되지 못했다.
ㅇ 또 상온에서 활성이 저하되는 발광효소의 특성상 장시간 연속적 모니터링에 이용하기 어려웠다.
□ 연구팀은 청소기부터 화력발전소에 이르기까지 공기에 섞여있는 먼지를 포집하는데 널리 쓰이는 사이클론을 개량해 부유미생물을 액상으로 100만 배 까지 농축하는 데 성공했다.
ㅇ 기존 미국 연구팀이 달성한 78만 배 보다 향상된 것으로, 공기 1m3(액체로 환산시 1,000,000ml)당 100 CFU 정도로 존재하는 미생물을 100만분의 1인 단 1ml의 액상으로 포집할 수 있는 수준이다.
※ 사이클론 : 고속으로 유입되는 시료의 크기에 따라 벽에 부딪혀 가라앉는 속도가 다른 것을 이용해 물질을 분리하는 사이클론을 개량해 농축성능을 높였다.
□ 핵심은 시료와 닿는 사이클론 내부 표면을 균일한 액막이 형성되도록 초친수성 물질로 처리한 것이다. 이를 통해 공기 중 시료를 액상 계면에 자연스럽게 액화 포집하는 동시에, 바로 탐지부로 이송되도록 자동화하는 데 성공했다.
ㅇ 또한 상온에서도 한 달 이상 활성을 유지할 수 있도록 발광효소와 기질을 디스크 형태의 종이에 동시에 고정화하여 탐지부를 구성함으로써 모니터링의 지속성을 보완했다.
□ 나아가 다중이용시설인 서울특별시 내 6개 지하철 역사에서 개발된 시스템에 대한 현장적용 평가를 실시한 결과 5분마다 연속적으로 부유미생물 농도정보를 얻을 수 있었고 이 정보는 기존 콜로니 계수법으로 측정한 농도와 근사한 것으로 나타났다.
□ 연구팀은 향후 현장의 특성을 고려한 다양한 실내외 대기환경을 모니터링할 수 있는 실용화 연구를 계속할 계획이다.
ㅇ 과학기술정통부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(중견연구), 환경부 및 KIST 등의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지‘ACS 센서(ACS Sensors)’에 표지논문으로 2월 28일 게재되었다.
