PFAS 등 환경오염물질, 전처리 없이 한 번에 잡는다[과학을읽다]

모래·토양 섞인 시료도 바로 분석…미세유체 칩으로 감시·안전 자동화 기대

환경 오염물질 분석의 가장 큰 걸림돌이던 '전처리 과정'을 건너뛸 수 있는 기술이 나왔다. 모래나 토양이 섞인 복잡한 시료에서도 여과나 분리 없이 오염물질을 바로 검출할 수 있는 미세유체 기반 분석 칩이다.

김주현 한국화학연구원 박사 연구팀은 유재범 충남대학교 교수 연구팀과 함께 고형물이 포함된 시료에서도 별도 전처리 없이 오염물질을 추출·분석할 수 있는 미세유체 장치를 개발했다고 8일 밝혔다.

기존 환경·식품 분석에서는 시료를 거르고, 분리하고, 농축하는 복잡한 전처리 과정이 필수였다. 특히 토양이나 슬러리처럼 고형물이 섞인 경우, 여과 과정에서 정작 검출해야 할 미량 오염물질이 함께 손실되는 문제가 반복돼 왔다. 자동화가 어렵고 시간과 비용이 많이 드는 것도 한계였다.

오염물 섞인 흙탕물을 미세유체칩에 흘려 오염물질을 추출하는 모습. 연구팀 제공

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 오염물질을 흡수하는 소량의 추출 액적을 미세 칩 내부에 가둔 뒤 분석 후 다시 회수할 수 있는 구조를 고안했다. 시료는 계속 흐르지만 추출용 액적은 제자리에 머물며 오염물질만 선택적으로 흡수하는 방식이다. 고형물은 채널을 따라 그대로 흘러가 막힘이나 간섭이 발생하지 않는다.

이 장치를 활용해 연구팀은 최근 유럽에서 규제 대상이 된 과불화화합물(PFAS)과 항경련제 성분인 카바마제핀(CBZ)을 실제로 검출하는 데 성공했다. 모래가 섞인 슬러리 시료에서도 여과 과정 없이 한 번에 추출이 가능함을 입증했으며, PFAS는 5분 이내 분석 신호가 확인됐다. 슬러리 시료에서 추출한 카바마제핀은 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 분석으로 검증됐다.

연구팀 사진. 왼쪽부터 김주현 화학연 박사(교신저자), 최성욱 학생연구원(제 1저자), 유재범 충남대 교수(교신저자)).

연구진은 이번 기술이 분석 공정을 단순화하면서도 신뢰도를 유지할 수 있는 플랫폼 기술로, 환경 오염 모니터링은 물론 식품 안전 검사와 의약·바이오 시료 분석 자동화로 확장될 수 있을 것으로 보고 있다.

김주현 화학연 박사는 "복잡한 전처리 단계를 하나로 줄일 수 있어 현장 분석과 자동화 시스템에 유리하다"고 설명했다. 이영국 화학연 원장은 "국민 생활 안전과 직결되는 환경·식품 분석의 정확성과 효율을 동시에 높일 수 있는 기술"이라고 평가했다.

이번 연구 성과는 센서 분야 국제학술지 ACS Sensors(IF 9.1)에 2025년 12월 표지 논문으로 게재됐다. 김주현 박사와 유재범 교수가 교신저자로, 최성욱 화학연 학생연구원이 제1저자로 참여했다. 연구는 화학연 기본사업과 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구실 지원사업, 한-스위스 이노베이션 프로그램의 지원을 받았다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr