병원성 미생물은 인류의 건강한 삶을 위협한다. 식중독을 일으키는 박테리아(세균)가 대표적인 사례다. 개발도상국에서는 대장균, 살모넬라균 등 병원성 세균에 의한 식중독이 심각한 사회 문제다. 화학공학과 전상민 교수가 이끄는 지능형 물질 및 센서 연구실은 이름 그대로 지능형 물질과 첨단 센서를 이용해 식중독균 검출뿐 아니라 미래형 친환경 연구도 진행하고 있다.

기존에는 식중독균을 배양하지 않고서는 검출할 수 없었다. 식중독균 배양에만 2~3일이 걸렸다. 그래서 식중독에 걸린 뒤에야 원인을 확인할 수 있었을 뿐 사전에 식중독을 예방하는 건 사실상 불가능했다.

지능형 물질 및 센서 연구실은 자성나노입자를 이용해 배양과정 없이 음식에 식중독균이 있는지 확인하는 진단 기술을 개발했다. 식중독균에만 반응하는 항체를 자성나노입자에 붙여 식중독균이 있으면 자성나노입자가 마치 자석처럼 식중독균을 끌어당겨 검출한다. 우유, 김칫국물 등 여러 종류의 식품에서 미량으로 존재하는 식중독균을  포집하는 기술도 개발했다. 이를 이용하면 전처리과정을 포함하고서도 20분 안에는 식중독균을 잡아낼 수 있다. 식중독균 검출 속도에서는 가장 빠르다. 사전에 식중독균을 진단하고 식중독을 예방할 수 있는 셈이다.

사전 진단은 심근경색 같은 질병에도 중요하다. 지능형 물질 및 센서 연구실은 심근경색이 있을 때만 혈액에서 확인되는 단백질을 바이오마커로 삼아 백금나노입자를 이용해 10분 만에 이 단백질을 검출하는 기술도 개발했다.

신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)으로 일회용 마스크 사용이 늘어나면서 환경 문제가 대두되자 최근에는 이를 해결하기 위한 기술도 개발하고 있다. 현재 일회용 마스크 대부분은 폴리프로필렌으로 만든 마이크로파이버(초미세 합성섬유)로 이뤄져 있다. 섬유 두께가 수 십 μm(마이크로미터·1μm는 100만 분의 1m) 수준이다. 지능형 물질 및 센서 연구실은 이를 nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 수준으로 더 미세하게 만들어 마스크를 끼고 숨 쉴 때 답답하지 않게 하는 기술을 개발했다. 공기 분자 사이의 거리가 약 70nm라는 점에 착안해 섬유 굵기를 70nm 수준으로 매우 가늘게 만드는 것이다.

지능형 물질 및 센서 연구실은 여기서 한 단계 더 나가 마스크를 수십 번 빨아서 재사용할 수 있는 기술도 개발하였다. 바이러스나 미세먼지는 정전기적 인력으로 포획할 수 있는데, 마스크를 빨면 이런 정전기가 사라진다. 연구실은 특정 물질로 마스크를 간단히 문지르는 것만으로도 정전기력을 회복해 수십 번 사용할 수 있는 마스크를 개발하였다.

전 교수는 “지구온난화가 가속화되면서 남극이나 시베리아 동토층이 녹아 내리면 인류가 한 번도 경험하지 못한 미생물도 덩달아 노출될 것”이라며 “인류의 안전과 건강을 지키기 위한 기술을 계속 연구할 계획”이라고 밝혔다.