불순물 환경 고감도 유전물질 검출 장치 개발

시아노박테리아 유해 조류 수화현상으로 인한 마이크로시스틴-LR 독소는 식수 오염 및 인체 유해성이 크지만, 기존 검출법은 전처리 필요, 변이체 간섭, 낮은 민감도 등의 한계로 현장 분석이 어렵습니다. 본 기술은 FRET(형광공명에너지전이) 현상을 기반으로, 마이크로시스틴-LR에 특이적으로 결합하는 DNA 앱타머와 양자점(QD525), PoPo3 염료의 최적 조합을 활용합니다. 자성 비드에 양자점과 DNA 앱타머를 결합하고 PoPo3 염료를 삽입한 복합체를 프로브로 사용하여, 마이크로시스틴-LR 존재 시 앱타머가 독소와 결합하며 염료가 탈착되어 FRET 신호가 변화하는 원리로 독소를 검출합니다. 이 기술은 기존 ELISA보다 훨씬 낮은 검출한계(10^-4 ng/mL)로 높은 민감도와 선택성을 보이며, 전처리 과정 없이 실제 환경 시료에서 미량의 MC-LR을 현장에서 신속하고 정확하게 분석할 수 있습니다.

기존 마스크는 필터로 인해 호흡 저항이 발생하여 어린이와 노약자 사용이 어렵고, 대형 공기팬은 크기, 비용, 소음 문제로 대중화되기 어려웠습니다. 본 기술은 이러한 문제를 해결하기 위해 마스크 내부에 기계적 필터 없이 마이크로 플라즈마를 발생시키는 비대칭 전극과 입자집진판을 구비한 공기흡입관을 적용합니다. 이 공기흡입관을 통해 외부 공기가 저항 없이 유입되고, 마이크로 플라즈마가 공기 중의 병원성 세균, 바이러스, 미세먼지 등을 전기적으로 대전시켜 입자집진판으로 흡착 제거합니다. 플라즈마 과정에서 발생하는 오존은 오존제거 부재로 안전하게 처리됩니다. 또한 공기품질 피드백 부재가 미세입자 수준을 감지하여 플라즈마 전압을 조절해 전력 소모를 최적화합니다. 이 마스크는 호흡을 원활하게 하면서도 유해 물질을 효과적으로 차단하여 다양한 환경에서 착용자의 안전을 유지할 수 있습니다.

비스페놀 에이는 내분비 교란 물질로, 낮은 농도에서도 건강 문제를 야기하며 환경 오염이 심각합니다. 기존 검출 방식은 휴대성이 낮거나 간섭에 취약하여 현장 분석에 한계가 있었습니다. 본 기술은 비스페놀 에이에 특이적으로 결합하는 앱타머를 활용한 휴대용 분석 장치를 개발했습니다. 자성입자, 두 가지 표지 물질, 앱타머로 구성된 복합체가 비스페놀 에이와 반응하면 표지 물질 신호가 변하는 원리를 이용합니다. 시료 투입, 반응, 세척, 검출 전 과정을 소형 장치에서 통합 구현하여, 현장에서 채집된 소량의 시료로도 실험실 수준의 정확하고 즉각적인 비스페놀 에이 검출 및 정량화가 가능합니다. 이를 통해 환경 모니터링 및 공중 보건 개선에 크게 기여할 수 있습니다.

플라스틱 가소제인 프탈레이트 화합물은 인체에 유해하며, 기존 검출 방식은 시간이 오래 걸리는 문제가 있습니다. 본 기술은 특정 화학물질과 특이적으로 결합하는 압타머 및 형광물질로 구성된 탐지체를 활용합니다. 탐지체가 화학물질과 결합하면 형광물질이 해리되고, 이때 발생하는 탐지 신호 세기의 변화율을 반응이 평형 상태에 이르기 전에 측정하여 화학물질의 양을 신속하고 정확하게 판단합니다. 특히 해리된 형광물질은 시료 내에서 노이즈를 유발하지 않아 검출 정확도를 높입니다. 이 장치는 프탈레이트 화합물을 30초 이내에 0.1 μg/L 수준의 높은 민감도로 특이적 검출이 가능하며, 소형화 및 휴대성이 뛰어나 현장에서도 유해 화학물질 오염 여부를 즉시 확인할 수 있습니다.

기존 유전물질 검출 방법은 높은 민감도가 요구됨에도 불구하고 시료 내 불순물이나 적은 양의 유전물질로 인해 검출에 어려움이 있었습니다. 본 기술은 시료에 전기장(마이크로 코로나 방전)을 인가하여 불순물(마그네슘 이온 등)이 탐지 유전물질 또는 신호 유전물질과 결합하는 것을 효과적으로 방지합니다. 자성을 갖는 기재와 형광체를 포함하는 탐지체, 그리고 이 전기장을 인가하는 방전부, 감지된 신호를 분석하는 판단부로 구성됩니다. 이를 통해 시약을 사용하던 기존 방식보다 간결하고 휴대성이 우수하며, 불순물이 많은 환경 시료에서도 타겟 유전물질을 매우 높은 민감도로 신속하고 정량적으로 검출할 수 있습니다.

기존 암리논 합성법은 복잡한 다단계 공정, 고온 반응 조건, 위험한 수소 가스 사용 등으로 인해 심각한 합병증을 유발할 수 있는 한계가 있었습니다. 본 기술은 위치선택적 스즈키 커플링 반응을 활용하여 암리논 유도체를 안전하고 효율적으로 제조하는 방법을 제안합니다. 화학식 1 화합물과 피리디닐 보론산의 스즈키 커플링 반응 후, 중간 생성물을 화학식 2 화합물과 반응시키는 방식으로, 종래 대비 축소된 합성 단계와 온화한 산처리 조건으로 탈보호기 반응을 수행합니다. 이를 통해 위험한 수소 가스 없이 고수율(60% 이상)로 암리논 유도체를 얻을 수 있으며, 급성 심부전 치료제 개발 및 생산의 안전성과 효율성을 크게 향상할 수 있습니다.

유방암은 조기 진단이 환자 생존율에 결정적인 영향을 미치지만, 기존 진단법은 초기 병변 검출에 한계가 있었습니다. 본 기술은 혈액 내 알파-1 산성 당단백질(AGP)의 N-당화 변화가 초기 유방암의 핵심 바이오마커임을 규명하였습니다. 렉틴을 활용하여 AGP의 푸코실화, 만노실화, 시알릴화 등 N-당화 수준을 정밀하게 검출하며, 특히 유방암 1기 환자의 혈청에서 이 당화 수준이 현저히 감소함을 확인했습니다. 이를 통해 양성 유방종이나 다른 병기의 유방암과 명확히 구별하여 초기 유방암을 높은 민감도와 특이도로 진단할 수 있습니다. 이 기술은 유방암 조기 진단의 정확도를 획기적으로 높여, 환자의 치료 성공률 향상과 사망률 감소에 크게 기여할 것입니다. 진단 키트 및 정보 제공 방법으로 개발되어 상용화가 기대됩니다.

반도체 공정 폐수에는 질소, 인, 불소 등 유해 물질이 고농도로 포함되어 기존 처리 방식들은 경제성이나 효율성 측면에서 한계가 있었습니다. 본 기술은 바덴포 공정과 그래핀 산화물 기반 세라믹 나노 멤브레인 여과를 통합하여 이러한 문제를 해결합니다. 그래핀 산화물 코팅 나노 멤브레인은 미세 기공과 강한 음전하로 암모늄, 불소 이온 등 1가 이온성 물질을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 별도의 약품이나 탄소원 주입 없이 경제적이면서도 효율적인 질소 및 불소 제거가 가능하며, 폐수 처리 시스템의 성능과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

기존 웨어러블 기기 데이터는 헬스케어 등 단순 활용에 그쳐 사용자 맞춤형 웹 서비스 제공에 한계가 있었습니다. 본 기술은 웨어러블 기기에서 수집된 심박수, 체온, 스트레스 등 사용자 생체 정보와 디스플레이 기기의 웹 페이지 스크롤, 클릭 등 조작 정보를 동시간 기준으로 결합하고 분석합니다. 데이터 마이닝 및 기계학습을 활용하여 사용자의 상태와 의도를 파악하며, 이를 통해 동영상 추천, 학습 콘텐츠 개인화, 맞춤형 광고 등 사용자에게 최적화된 웹 페이지와 서비스를 제공합니다. 사용자의 컨디션과 행동에 기반한 정교한 개인화로 웹 서비스의 만족도와 활용도를 크게 높일 수 있습니다.

염료감응 태양전지는 낮은 제조 단가에도 불구하고 광전환 효율 부족으로 상용화에 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 본 기술은 자기조립 이중블록 공중합체를 활용, 정렬된 금속산화물 나노입자를 포함하는 금속산화물-탄소질 하이브리드 박막을 경제적으로 제조합니다. 역마이셀 용액, 금속산화물 전구체, 산 용액을 이용한 코팅 후 자외선 조사로 안정화하고 열처리하여 탄소화하는 공정을 거칩니다. 이 과정에서 고온에도 나노구조를 유지하며, 높은 전기 전도성을 가진 탄소와 금속산화물의 하이브리드화를 통해 전자의 전달 효율을 극대화합니다. 결과적으로 이 박막을 염료감응 태양전지 광전극에 적용하면 광전환 효율을 현저히 향상시켜, 제조 단가 부담 없이 태양전지의 상용화를 가속할 수 있습니다.

기존 언어 학습 도구들은 주로 발음 교정에 집중하여 작업 기억 능력 평가에 한계가 있었습니다. 특히 언어 발달 장애 아동의 경우, 음운 처리 결함과 상위 언어적 문장 이해 문제가 작업 기억 능력과 밀접한 관련이 있습니다. 본 기술은 음성으로 제시된 문장을 따라 말하는 학습자의 음성을 녹음하고 평가하여 작업 기억 능력을 측정합니다. 사용자의 첫 번째 문장 따라 말하기 점수를 기반으로 난이도와 변별도를 조절한 맞춤형 과제를 제공하며, 이를 통해 얻은 점수로 작업 기억 능력을 더욱 정확하게 진단합니다. 이로써 아동의 연령과 언어 체계에 맞는 신뢰도 높은 작업 기억 능력 측정 결과를 제공하여, 언어 발달 장애 여부를 조기에 판단하고 적절한 후속 조치를 가능하게 합니다.