[이데일리 김응열 기자] 이화여대 연구팀이 단일 미세 입자와 단백질 결합까지 감지할 수 있는 초고감도 질량 변화 측정 기반 센싱 기술을 개발했다.

이화여대는 물리학과의 이상욱 교수 연구팀이 단일 미세 입자와 단백질 결합까지 감지할 수 있는 초고감도 질량 변화 측정 기반 센싱 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

산업용 센서인 석영 공진 센서(QCM)는 기존에는 미세한 질량 변화에 따른 공진 주파수 변화를 측정하는 방식으로 작동했다. 용수철 진자에 매달린 추가 무거워지면 진자의 진동 주기가 길어지는 간단한 물리 현상을 활용한 원리다. 그러나 이 방법은 감도가 제한적이고 극미량 질량에서는 신호 구분이 어렵다는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 새로운 측정 방법을 제안했다. 센서를 비선형 공진 영역에서 동작시키고 특정 조건에서 극미량의 질량 변화로 인해 나타나는 주파수 변화가 공진기의 급격한 진폭 감소(amplitude drop)로 나타나는 현상을 신호로 활용한 것이다. 연구팀은 이 방법으로 약 100 펨토그램(10조분의 1그램) 수준의 질량 변화를 측정하고 이를 이용해 단일 마이크로·나노 입자와 단일 단백질 분자를 검출하는 데 성공했다.

이번 연구 결과는 초미세먼지 검출, 단백질 상호작용 분석, 초고감도 유해 물질 감지, 실시간 생체분자 분석 시스템 등 다양한 분야에 활용될 것으로 예상된다. 특히 주파수 스캔 단계를 생략해 특정 조건에서 바로 반응을 읽는 이벤트 기반 센싱(event-based sensing)이 가능하다. 연구팀은 이번에 개발한 센싱 기술이 고속·실시간 분석 시스템까지 확장될 수 있을 것이라고 내다봤다.

이상욱 교수는 “이번 연구는 센서 구조를 바꾸는 대신 물리적 동작 원리 자체를 재해석해 성능을 향상시킨 사례”라며 “기존 센서를 더 똑똑하게 사용하는 방법을 제시했다”고 설명했다.