학생들이 식품 속 항생제 잔류물 검출 장치를 개발했다

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VNU(Virginia University of Technology)의 학생 그룹은 전기화학 센서 기술을 적용하여 우유, 육류, 해산물 등에서 낮은 농도의 항생제 잔류물을 검출할 수 있는 장치를 개발했습니다.

2022년 8월부터, 기술대학교 K65 학급의 Tran Van Dinh과 Nguyen Van Khanh은 전기화학적 분석 기술을 기반으로 식품에서 항생제인 클로람페니콜(CAP)의 잔류물을 확인하는 과정에 대한 연구를 시작했습니다.

연구팀 대표인 트란 반 딘은 이 연구에서 연구팀이 사용한 소재는 초상자성 Fe3O4 나노입자로, 전기화학 센서의 전극을 변형하여 성능을 개선하고 식품 중 저농도의 CAP 항생제 잔류물에 대한 감지 신호를 강화하는 데 사용되었다고 밝혔습니다.

초상자성 Fe3O4 나노입자는 높은 전기 전도도, 화학적 안정성, 그리고 우수한 전기화학적 성능을 고려하여 선정되었습니다. 특히 Fe3O4 입자는 생체적합성이 우수하고, 식품 내 CAP과 같은 유기 물질에 대한 높은 흡착능을 가지며, 생산 비용이 저렴합니다.

연구실의 연구팀. 사진: NVCC — CV 곡선은 전기화학 장치가 컴퓨터에 연결되었을 때 센서의 감도와 신호를 측정하는 데 사용됩니다. 사진: *NVCC*

연구팀은 강사들의 지도 하에 7개월 만에 세 가지 기능(작동, 비교, 참조)을 갖춘 3전극 센서 기술을 적용한 장치를 설계했습니다. 이 장치는 항생제와 상호작용하는 전기화학 센서의 원리를 기반으로 합니다. 이러한 상호작용의 변화는 전기화학 측정 시스템에 기록됩니다.

구체적으로, 센서 작동 전극의 초상자성 Fe3O4 나노입자는 식품 샘플의 항생제 CAP과 상호작용합니다. 상호작용이 발생하는 즉시 센서의 전기화학적 매개변수와 저항이 변합니다. 이 변화는 기록되어 측정 및 제어 시스템에 입력됩니다.

센서를 통해 측정된 값은 측정 장치와 신호 분석 방법을 통해 처리 및 분석되어 식품 샘플 내 CAP 항생제 잔류량을 측정합니다. 분석 시간은 일반적으로 3~5분 정도 소요됩니다.

육류, 해산물 등의 식품 샘플을 선별을 위해 준비하고 가공합니다. 다음으로, 식품 샘플을 전기화학 측정 시스템에 연결된 전기화학 센서에 넣어 신호를 기록하고 처리합니다.

그 결과, 이 장치는 우유 샘플에서 5μm, 육류 샘플에서 25μm의 CAP 잔류물을 감지했으며, 새우, 생선, 수자원 등 일부 다른 식품 샘플도 감지했습니다. 가장 흔한 식품에서 허용되는 항생제 잔류물은 0.3μm입니다.

딘은 이 전기화학 센서 기술 장치를 적용하려면 몇 가지 샘플 준비 절차를 거쳐야 하며, 이 단계들은 실험실에서 수행된다고 덧붙였습니다.

연구팀은 향후 기술 발전과 추가 연구를 통해 이 제품이 소형 기기 또는 시험지로 개선되기를 기대하고 있습니다. 이를 통해 사람들은 실험실에 가거나 특별한 전문 지식 없이도 가정에서 식품의 항생제 잔류량을 확인할 수 있습니다. 이 제품이 상용화되면 식품 품질 관리 및 국민 건강 보호에 기여할 것입니다.

기술대학교 공학물리학 및 나노기술학부 강사인 응웬 티 민 홍 박사는 현재 독성 항생제 잔류물의 분석 및 결정은 종종 박층 크로마토그래피, 모세관 전기영동, 면역흡착 검사, 광학 바이오센서 등과 같은 여러 방법을 통해 수행된다고 평가했습니다. 이러한 방법의 대부분은 높은 효율성, 민감도 및 기타 많은 장점에도 불구하고 항생제를 검출하는 데 직접 적용할 수 없습니다. 복잡한 작업 및 구현 프로세스, 높은 비용, 많은 시간이 소요되며 샘플 준비 중에 많은 조건이 필요하기 때문입니다.

홍 박사는 전기화학 센서 기반의 무표지 전기화학 분석 기술이 간단한 분석 과정, 빠른 반응 속도, 높은 감도와 선택성, 그리고 낮은 분석 비용 덕분에 잠재적인 해결책으로 여겨진다고 말했습니다. 연구팀의 연구 결과는 매우 유망하며, 목표 달성과 더불어 우수한 실용화 잠재력을 가지고 있어 지속적인 개발이 가능합니다.

그녀는 학생 그룹의 연구 주제가 단위, 당국 및 기업이 식품 품질을 추적하고 관리하는 데 도움이 될 수 있다고 제안했습니다.

현재 연구팀은 전극을 개질하고, 제조 공정을 최적화하며, 전기화학 센서의 특성을 개선하기 위해 자성 나노소재를 개발하고 추가 연구를 진행하고 있습니다. 홍 박사는 "개질된 소재는 다양한 방법으로 제조된 나노소재와 함께 시험될 것이며, 이를 통해 다양한 항생제와 독성 물질을 검출하는 전기화학적 성능, 감도, 선택성을 향상시키기 위한 기술적 조건을 변화시킬 것입니다."라고 말했습니다.

연구에 따르면 가축과 축산에서 CAP 항생제를 무분별하게 남용하여 식품에 항생제 잔류물이 남아 있는 경우가 발생했습니다. 항생제가 잔류된 식품을 장기간 또는 지속적으로 섭취하면 체내 중독, 골수 무형성증으로 인한 빈혈, 백혈병, 그리고 회색 증후군(청색증, 순환 허탈)을 유발하여 사망에 이를 수 있으며, 이는 신생아, 특히 미숙아에게 흔히 나타납니다.

빅 타오

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