터프츠 공학자들, 병원체·독소·유해 화학물질 감지 착용형 센서 공개

터프츠 대학교, 메드퍼드, MA

센서 소재가 내장된 드론. (이미지: SilkLab)

터프츠 공과대학 연구자들이 생체고분자 센서를 이용해 환경 속 박테리아, 독소, 위험 화학물질을 감지하는 방법을 개발했습니다. 이 센서는 잉크처럼 인쇄되어 웨어러블을 포함한 다양한 소재에 적용 가능합니다.

반딧불이에서 발견되는 효소와 유사한 효소를 사용해, 이 센서는 계산적으로 설계된 단백질과 누에나방(Bombyx Mori) 고치에서 추출한 실크 피브로인 기반으로, 보이지 않는 위협을 감지하면 빛을 냅니다.

이 생체고분자 센서는 필름, 스펀지, 필터에 내장되거나 플라스틱처럼 성형되어 공기 중 및 수중 위험을 샘플링하고 감지하거나 체내 감염을 알리는 데 사용될 수도 있습니다.

현재 센서는 박테리아, 독소, 위험 화학물질에 잠재적으로 노출된 후 무독성 화학물질을 스프레이해야 합니다. 표적이 존재하면 센서가 빛을 내며, 방출된 빛의 강도가 표적 농도의 정량적 척도를 제공합니다.

"실험실 설계 단백질과 실크의 조합은 높은 특이성과 민감도로 광범위한 화학 및 생물학적 제제를 감지할 수 있도록 적응 가능한 센서 플랫폼입니다."라고 터프츠 SilkLab 소장 Fiorenzo Omenetto 교수는 말합니다. "예를 들어, SARS-CoV-2와 항B형간염 항체를 가정용 분석 수준에 근접한 수준에서 측정할 수 있습니다."

감지 요소는 모듈식이어서 개발자들은 새로 설계된 단백질을 교체해 특정 병원체나 분자를 포착해 측정할 수 있으며, 발광 메커니즘은 동일하게 유지됩니다.

"이 센서로 공기 중 SARS-CoV-2 미량도 포착할 수 있고, 다음 공중보건 위협이 무엇이든 적응하도록 수정할 수 있습니다."라고 Omenetto 교수는 말합니다.

센서는 다양한 형태를 취할 수 있는데, 연구팀이 동체에 센서 소재를 내장한 바이러스 감지 드론을 만든 것이 이를 입증합니다. 비행 중 프로펠러가 드론의 다공성 몸체를 통해 공기를 흐르게 하며, 착륙 후 검사할 수 있습니다. 이 드론들은 공기 중 병원체에 반응했는데, 안전한 거리에서 환경을 모니터링하는 것을 가능하게 할 수 있습니다.

연구자들은 SARS-CoV-2 센서가 내장된 소재의 보관 수명을 60°C에서 4개월간 보관 후 테스트했고, 성능 변화가 거의 없음을 발견했습니다.

"이것은 단백질로 만들어졌음에도 냉장 보관 없이 장기간 민감도나 정확도 손실 없이 이러한 감지 인터페이스를 제조, 유통, 보관할 수 있음을 의미하는데, 이는 놀랍습니다."라고 프로젝트 공동 책임자 Luciana d'Amone은 말합니다. 또한 센서의 형태를 확장할 수 있습니다.

"예를 들어, 병원체를 감지할 수 있는 수술용 마스크를 만들어 상자에 포장하고 기존 마스크처럼 시간이 지나도 사용할 수 있습니다."라고 d'Amone은 말합니다. "식품 포장 내부에 센서를 인쇄해 부패와 독소를 추적할 수도 있습니다. 우리가 매일 사용하는 수많은 제품을 센싱 기능이 포함되도록 수정하고, 평소처럼 보관하고 사용할 수 있습니다."

팀은 개인 및 환자 모니터링, 의료 현장 감염 관리부터 가정, 직장, 군사, 재난 지역의 환경 감지에 이르기까지 센서 응용을 구상합니다.

자세한 정보는 Mike Silver(이메일 주소는 스팸봇으로부터 보호 중, 자바스크립트 활성화 필요; 617-627-0545)에게 문의하세요.