시사위크=박설민 기자  국내 연구진이 인공지능(AI)을 이용한 미세 플라스틱 검출 기술 개발에 성공했다. 키트형 센서라 누구나 쉽게 오염 현장에서 신속한 검출이 가능해, 국내 해양오염문제 해결에 큰 보탬이 될 전망이다.

정호상 한국재료연구원(재료연)나노바이오융합연구실 선임연구원팀은 ‘빛-인공지능 기반 현장형 고감도 미세 플라스틱 검출 기술’을 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 연구 성과는 ‘KOTITI 시험연구원’과의 융합연구를 통해 얻은 것이다.

‘미세플라스틱(microplastics)’은 5mm 크기 이하의 합성 고분자화합물이다. 주로 치약과 세안제, 화장품 등에 포함돼 있으며, 버려진 플라스틱 제품이 자연풍화 되면서 발생하기도 한다. 해양오염의 주 원인일 뿐 아니라, 먹이사슬로 인한 인체 및 유전 독성을 일으키기도 한다. 실제로 2021년 한국생명공학연구원의 연구에 따르면 초미세 플라스틱은 자손의 뇌 발달 이상까지 유발하는 것으로 알려졌다.

그러나 현재까지 마이크로미터에서 나노미터에 이르는 미세 플라스틱의 신속한 검출 방법은 마땅치 않은 실정이다. 분석 시료를 위한 채수량이 너무 적으면 오차 범위가 커질 수밖에 없어서다. 반대로 채수량이 너무 많으면 시료 전처리 부하량 증가로 분석의 어려움이 생긴다. 때문에 국제적으로 표준 검출법 설정을 위한 기술 개발이 필요하다.

이 같은 문제를 해결하고자 재료연 연구팀은 ‘키트(Kit)형’의 현장형 미세 플라스틱 검출기술을 새롭게 고안했다. 이 키트는 간단한 주사기 필터에 걸러지는 형태다. 전 처리 과정 없이 20분 이내에 미세 플라스틱의 종류와 개수, 분포 등을 파악할 수 있다.

연구팀은 미세 플라스틱이 필터를 통해 걸러질 수 있다는 사실에 착안했다. 마이크로 스케일의 기공을 가지는 종이필터 표면에 미세 플라스틱을 포집할 수 있는 나노 포켓(nano pocket) 형태의 플라즈모닉 소재를 합성했다. 그 다음, 포집된 미세 플라스틱의 광학 신호를 증폭할 수 있도록 개발했다. 주사기를 통해 미세 플라스틱이 포함된 시료를 통과시키면, 나노 포켓형 플라즈모닉 소재상에서 미세 플라스틱의 라만 분광 신호가 증폭되어 고감도 검출이 가능해진다. 해당 기술은 나노미터 스케일의 미세 플라스틱 검출에도 적용할 수 있다.

또한 연구팀은 미세 플라스틱의 고유한 라만 분광 신호를 AI에게 미리 학습시켰다. 그 다음, 환경 시료 내에 방해 요소가 있더라도 획득한 신호가 미세 플라스틱에 해당하는지를 AI가 판단하도록 했다. 이를 통해, 복잡한 환경 또는 인체 시료 내에서도 미세 플라스틱만 정확하게 판별할 수 있을 뿐 아니라, 농도와 분포, 종류까지도 함께 식별할 수 있도록 개발했다.

연구팀은 “기존 미세 플라스틱 검출기술은 복잡한 전처리 과정, 비싼 장비, 숙련된 연구자 분석이 필요해 실제 현장에서 활용하기가 어려웠다”며 “이번에 개발한 현장형 미세 플라스틱 검출기술은 숙련된 연구자의 분석 능력을 AI로 대체하고, 키트형으로 만들어 일반인들도 손쉽게 검사할 수 있다”고 말했다.

연구책임자인 정호상 선임연구원은 “본 기술이 상용화되면, 미세 플라스틱을 좀 더 쉽고 빠르게 보편적으로 검출하는 기술이 보급될 것”이라며 “재료연은 이를 기반 삼아 국민과 후세대의 안전을 위한 소재 기술 개발에 계속해서 노력을 아끼지 않을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국재료연구원 기본사업을 통해 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 9월 10일 자로 게재됐다.