| [영국] 물의 오염을 검지하는 전자벌레 개발
영국 배쓰 대학교 화학공학부 과학자들이 값비싼 실험실 장비없이 실시간으로 음용수의 품질을 모니터링할 수 있도록 개발도상국에서 사용될 수 있는 저비용의 장치 개발에 성공했다.
물에서 오염물질을 검지하는 현재의 방식은 비용이 많이 들고 시간이 많이 소비되며, 전문가의 기술적 역량이 필요하다. 그런데, 웨스트 잉글랜드 대학교 브리스톨 로보틱스 실험실(Bristol Robotics Laboratory)과 공동으로 이 대학교 연구진들은 연속적인 음용수 품질 모니터링을 위해 강과 호수에 직접 사용될 수 있는 3D 프린팅 기술을 사용하여 저비용의 센서 개발에 성공했다.
이 센서는 생장할 때 측정가능한 작은 전류를 생산하는 박테리아를 포함하고 있다. 연구진들은 박테리아가 물 속에 있는 독소와 접촉함에 의해 간섭을 받게 되고, 그때 전류가 떨어져서 물속에 있는 오염물질의 존재를 변경시킨다는 사실을 발견했다.
배쓰 대학교 화학공학과 교수인 마이렐라 디 로렌쪼(Mirella Di Lorenzo) 박사는 "박테리아가 미생물 연료전지에서 생장할 때, 그것들은 화학에너지를 측정가능한 전기에너지로 변환시킨다. 우리는 물속에 오염물질을 주입할 때 생산되는 전휴의 직접적인 하락이 있다는 사실을 발견했다. 이 하락은 존재하는 독소의 양에 비례하고 독소의 수준이 하락하면 전류는 회복된다. 이것은 우리가 여러 가지의 샘플을 수집하고 그것들을 실험실에서 분석하지 않고 실시간으로 물속의 오염물질 수준을 모니터링할 수 있음을 의미한다. 이 시스템은 살아있는 박테리아를 사용하기 때문에, 이것은 새장에 있는 카나리아처럼 활동하여, 이 화학물질이 살아있는 유기체에 어떤 영향을 미치는지 보여준다"고 설명했다.
생태계에서의 오염물질이 미치는 영향은 현재에는 물고기나 물벼룩을 사용하여 평가되는데, 이것은 비용이 많이 들고 시간이 걸리며 그 결과를 재생하기가 어렵다. 물속의 오염물질을 검지하는 다른 방법에는 매우 민감한 프로세스이지만 비싼 전문가용 장치와 역량이 필요한 질량 분석법(mass spectrometry)이 포함되며, 이것은 일정 주기의 광범위한 수질 모니터링에는 부적절하며 이 기술이 가장 많이 필요한 일부 개발도상국에서는 불가능한 일이다.
이 장치를 사용하여, 연구진들은 전자장치 산업계에서 사용되는 오염물질인 극소량의 카드뮴을 검지할 수 있는데, 이 미량은 허용된 최대 안전수준 이하의 양이다. 이 연구결과는 바이오센서 및 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics) 저널에 발표되었다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 8월 18일]
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Electric bugs used to detect water pollution
Scientists from our Department of Chemical Engineering have developed a low-cost device that could be used in developing countries to monitor the quality of drinking water in real time without costly lab equipment.
Current methods of detecting pollutants in water are costly, time-consuming and require specialist technical expertise. However researchers from the University in collaboration with Bristol Robotics Laboratory at the University of the West of England, have created a low cost sensor using 3D printing technology that can be used directly in rivers and lakes for continuous water quality monitoring.
The sensor contains bacteria that produce a small measurable electric current as they feed and grow. The researchers found that when the bacteria are disturbed by coming into contact with toxins in the water, the electric current drops, alerting to the presence of pollutants in the water.
Dr Mirella Di Lorenzo, Lecturer in Chemical Engineering at Bath, explained: "When the bacteria feed in a microbial fuel cell, they convert chemical energy into electrical energy that we can measure.
"We found that when we injected a pollutant into the water there was an immediate drop in the electric current they produced. The drop was proportional to the amount of toxin present and the current is recovered once the toxin levels fell.
"This means we are able to monitor the level of pollutants in the water in real time without having to collect multiple samples and take them to a laboratory.
"Because this system uses live bacteria, it acts a bit like a canary in a mine, showing how these chemicals affect living organisms."
The effects of pollution on ecosystems are currently assessed using fish or daphnia, which is costly, takes time and is difficult to reproduce the results.
Other methods of detecting water pollutants involve mass spectrometry which is a very sensitive process but requires expensive specialist equipment and expertise, so is unsuitable for routine widespread water monitoring, and impossible in some of the developing countries that need this technology most.
Using the device, the researchers were able to detect tiny concentrations of cadmium, a pollutant used in the electronics industry, at quantities well below the accepted maximum safe levels.
The research is published in the journal Biosensors and Bioelectronics.
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