영화를 즐겨보던 한국인 과학자가 있었다. 이름은 이지석. 현재 매사추세츠 공대 화공학과에서 박사 후 연수 과정을 밟고 있는 이지석 박사는 몇 년전 마이클 베이 감독의 액션 영화인 '더 록(The Rock)'을 보던 중 유해한 가스가 발생하면 이를 간단히 감지할 수 있는 획기적인 아이디어를 떠올렸다.

‘VX가스’라는 치명적인 살상용 화학가스가 등장하는 이 영화는 악당들이 유독가스가 장착된 미사일을 미국의 샌프란시스코에 발사하겠다고 경고하는 장면에서부터 시작된다. VX가스는 1952년 영국에서 개발되었는데 독가스로 유명한 사린가스보다도 더 독한 것으로 알려져 있는 유독가스다.

독과 해독제는 가깝다는 점에서 착안

이지석 박사가 영화를 보다가 주목한 장면은 화학무기 전문가인 주인공이 VX가스에 의해 죽지 않으려고 자신의 심장에 아트로핀(atropine) 주사를 찌르는 부분이었다. 아트로핀은 잘 알려진 대로 유기인제 살충제, 부교감신경흥분제에 중독되었을 때 해독제로 쓰이는 물질이다.

독사의 해독제는 바로 그 독사의 독을 이용하여 만드는 것처럼 신경가스 해독제인 프랄리독심(pralidoxime)을 사용하면 VX가스나 사린가스 같은 유기 인산 신경가스의 존재를 감지할 수 있을 것이라는 생각이 영화를 보던 이 박사의 머리를 스친 것.

그 이후, 이 박사와 매사추세츠 대학 동료들은 사린가스와 관련이 있는 신경가스들을 연구하였고, 마침내 독성가스가 발생했을 때 30초 이내에 푸른색에서 핑크색으로 변하는 리트머스 종이와 같은 종이 센서를 써서 160ppb까지 감지할 수 있는 성과를 거두었다.

이 종이센서는 신경가스 해독제로부터 추출한 성분들이 유독가스를 만나게 되면 색이 변하는 분자와 혼합하는 과정을 통해 개발한 것. 이지석 박사를 포함한 연구진들은 이 같은 연구결과를 관련 저널인 ‘Advanced Functional Materials’의 온라인 버전에 최근 발표하였다.

기존의 고가 첨단설비에 대한 대안으로 등장

이지석 박사와 동료들의 종이 센서 연구에 여러 가지 방법을 조언해 준 매사추세츠 대학의 생체의료공학과 조교수인 김진상 박사는 “이번 연구의 핵심인 종이센서용 소재는 흔하면서도 매우 쉽게 합성될 수 있기 때문에 필터 한 장에 들어가는 시약과 용제의 비용으로 대략 1달러 정도의 저렴한 비용이 될 것”이라고 말했다.

미국 환경보건국(EPA)은 지난 10년간 지상 및 공중에서 대기의 성분을 측정하는 실험 장비에 수백만 달러를 투자했다. 대기 중의 ‘가스 분석 차량(TAGA, Trace Atmospheric Gas Analyzer)’이나 ‘대기 성분 측정용 비행기(ASPECT, Airborne Spectral Photometric Environmental Collection Technology)’, 그리고 ‘휴대용 화학제 감시 디바이스(CAM, Chemical Agent Monitor)’ 등이 그것들인데 군사용 및 응급 구조용으로 많이 사용되는 ‘CAM' 같은 경우 대당 가격이 6천500달러가 넘는다.

따라서, 이번의 종이센서의 개발은 최근 수년간 개발된 고가이면서도 복잡한 화학 및 방사능 테스트 설비들보다 기술수준은 낮지만 비용면에서 볼 때 효과적인 대안이 될 것으로 보인다.

특히, 종이로 된 센서는 많은 수의 군인들이나 응급구조대에게 보다 실용적이고 간편하게 사용될 수 있을 것으로 여겨진다. 특정 화학가스 공격 시에 기존의 첨단 장비들은 설비 세팅을 준비해야 하고 주변 상황을 파악해야 하지만, 종이 센서는 그 시간에 군인들과 응급 구조대에게 방독면을 쓰도록 경고할 수 있는 장점을 가지고 있다.

이런 이유들로, 이지석 박사와 연구진들은 이번 연구의 방향이 매우 새로웠고 실험실 규모의 복잡한 분석용 장치들이 필요 없어 약간의 기술적 수정 후에 종이 센서를 매우 저렴한 비용으로 쉽게 상용화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

한편, 미시간 대학 연구원들은 현재 나노섬유에 스스로 합쳐지는 센서 화학제를 개발하고 있는데, 이는 새로운 형태의 센서 디바이스를 만드는 데 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 이 센서들은 색깔의 변화와 형광 및 전기전도도 변화의 3가지 시그널을 제공할 수 있으며, 이를 활용하여 다수의 화학제와 탄저병 같은 생물 무기에 대해서도 경보를 알리는 수준까지 개발될 것으로 알려졌다.