인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교(총장 최재원) 나노에너지공학과 오진우 교수 연구팀이 수질 오염의 주요 원인 중 하나인 질산성질소를 전처리 과정 없이 현장에서 검출할 수 있는 기술을 개발했다고 18일 밝혔습니다.
질산성질소(NO₃-N)는 부영양화의 주요 원인으로, 농도가 증가하면 질소 순환의 불균형을 초래해 생태계를 교란할 수 있습니다. 양식 어류의 성장 속도를 저하시켜 대규모 폐사를 유발할 뿐만 아니라, 유아가 섭취할 경우 청색증을 유발할 위험이 있습니다.
기존 분석법은 질산성질소가 화학적으로 안정된 상태이기 때문에 전처리 과정이 필수적이며, 다양한 미네랄 성분이 간섭을 일으켜 측정 정확도가 낮아지는 한계가 있었습니다. 또한 기존 방식은 분석 시간이 오래 걸려 실시간 측정이 어려웠습니다.
연구팀은 전이금속 기반 비색 센서를 활용해 질산성질소 농도를 실시간으로 감지하는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 화학적 분석법이 아닌 색 변화를 이용해 오염도를 측정하는 방식으로, 기존 방법보다 실용성이 높습니다.
이를 위해 연구팀은 4주기 전이금속(Mn, V, Fe, Co, Cr, Cu, Ni)을 특정 비율로 혼합한 센서를 제작하고, 질산성질소 농도에 따라 색이 선형적으로 변화하는 조합을 선정했습니다. 색 변화 데이터를 기반으로 계층적 군집 분석과 조성 분석을 실시해 센서의 정확도를 높였습니다.
또한 연구팀은 색 변화 패턴의 대규모 데이터를 구축해 해수 및 지하수 내 주요 오염물질을 감지할 수 있는 선택적 센서 시스템을 개발했습니다. 머신러닝 기반 패턴 분석을 적용하면 다양한 오염물질을 동시에 분석할 수 있어 차세대 필드 진단 기술로 발전할 가능성이 높습니다.
오진우 부산대 교수는 “이번 연구는 전이금속 기반 비색 센서 어레이를 활용해 질산성질소를 정밀하게 검출할 수 있는 시스템을 개발한 것입니다”라며 “전처리 과정 없이 신속하게 오염을 감지할 수 있어 향후 수질 모니터링 및 환경 오염 감지 기술로 활용될 것으로 기대됩니다”고 밝혔습니다.
이번 연구 결과는 국제학술지 'ACS Sensors' 2월 2일자에 게재됐습니다. 연구는 부산대 나노에너지공학과 오진우 교수와 나노바이오융합연구소 정태영 박사가 교신저자로, 나노융합기술학과 이정근 박사과정생이 제1저자로 수행했습니다. 연구는 해양수산부 및 과학기술정보통신부 지원을 받아 부산대, 젠라이프, 피쉬케어, 블루젠이 협력해 진행됐습니다.
