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상한 고기를 감지하는 센서

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글쓴이 최고관리자 등록일 15-04-29 12:00
조회 1,110

    MIT 화학자들은 식료품 가게나 냉장고 내 고기가 먹어도 안전한지 소비자들이 확인할 수 있도록 부패하고 있는 고기에서 방출되는 가스들을 감지할 수 있는 저가이며 휴대용인 센서를 고안했다.


    화학적으로 개선된 탄소 나노튜브로 구성된 센서는 패키지 상의 유통기한보다 훨씬 더 정확한 안전성 정보를 제공하는 스마트 패키징에서 효율적으로 사용될 수 있다고 MIT 화학과 교수인 티모씨 스와거 박사가 전했다.

    사람들이 부패되지 않아도 계속 식료품이나 육류들을 버리기 때문에 이 센서가 음식 낭비를 줄일 수 있을 것이라고 저널 Angewandte Chemie에 게재된 최근 새로운 센서를 설명하는 논문의 선임 저자인 스와거 박사가 말했다.이 논문의 주저자는 대학원생인 소피 리우, 전임 연구실 기술원 알렉산더 페티와 박사후 연구원 그라함 사자마 박사이다.

    이 센서는 과일의 성숙도를 감지하는 센서 등 최근 수 년간 스와거 박사 연구실이 개발해온 다른 탄소 나노튜브 소자들과 비슷하다. 이 소자들 모두 같은 원리에 의해 작동한다. 탄소 나노튜브는 특정한 가스로 인해 전류를 이동시키는 능력을 변화시키도록 화학적으로 개선될 수 있다.

    이 경우, 연구원들은 몇 개의 질소 포함 링들과 결합된 중심 금속 원자를 포함하고 있는 금속포르피린(metalloporphyrin)으로 불리는 금속 포함 화합물을 이용하여 탄소 나노튜브들을 개선했다. 혈액 내 산소를 운반하는 헤모글로빈은 중심 원자로 철인 금속포르피린이다.

    이 센서의 경우, 연구원들은 그 중심에 코발트를 가진 금속포르피린을 이용했다. 금속포르피린은 아민이라 불리는 질소 포함 화합물에 결합하는 것을 매우 좋아한다. 연구원들이 특별하게 흥미로워하는 것은 고기 부패에 의해 발생되는 푸트레신 (putrescine)과 카다베린 (cadaverine) 등 소위 생체아민이다.

    코발트 포함 포르피린이 이 아민들과 결합할 때, 쉽게 측정될 수 있는 탄소 나노튜브의 전기저항을 증가시킨다.

    연구원들은 소자를 가로질러 포텐셜을 인가하는 매우 단순한 소자를 제조하고 전류를 관찰하기 위해 포르피린을 이용하고 있다. 이 소자가 부패 고기의 표시물질인 아민들을 접했을 때 이 소자의 전류는 감소하게 된다.

    이 연구에서, 연구원들은 돼지고기, 닭고기, 대구, 연어 등 네 가지 고기 상에서 이 센서를 시험했다. 그들은 냉동될 때 네 가지 모두 4일 동안 신선한 상태를 유지한다는 것을 발견했다. 해동된 상태로 남겨진 샘플들은 모두 부패되었으나 종류에 따라 부패속도가 달랐다.

    부패하는 고기의 신호들을 감지할 수 있는 다른 센서들이 있지만, 그 소자들은 구동시키기 위해 전문성을 요구하는 일반적으로 크고 비싼 장비들이다. 개발된 센서의 장점은 가장 저렴하고 가장 작으며, 쉽게 제조할 수 있는 센서라는 것이다.

    개발된 센서는 고기와 생선 제품들의 신성도를 실시간으로 측정하기 위한 저가 센서이며 음식을 통해 전파되는 질병을 막고 전체 소비자 만족도를 증가시키며 식료품점과 소비자 가정에서 음식 낭비를 줄이는 등 여러 가지 잠점들이 있다고 연구팀의 일원이 아닌 음식 패키징 주 공급자 실드 에어 (Sealed Air) 선임 과학 연구원인 로베르토 폴로니 박사가 설명했다.

    또한 새로운 소자는 매우 적은 전력을 요구하고 탄소 나노튜브 센서에서 출력을 일반적인 스마트폰에서 읽을 수 있는 최근 개발된 스와거 박사 연구실 무선 플랫폼으로 연결될 수 있다.

    연구원들은 이 기술에 특허 신청했으며 상용화 개발을 위해 이를 라이선스하기 원하고 있다.

    그림 설명: 개선된 탄소 나노튜브 기반 MIT 소자는 부패하는 고기에 의해 발생된 아민 (amine)을 감지할 수 있다.

    KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 2015-04-20

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