| 타이어 유해물질 6-PPD, 식물에서 실시간 감지 가능해진다
타이어에 널리 사용되는 산화방지제 6-PPD(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)는 자동차 운전으로 인한 타이어 마모 과정에서 환경으로 유출되어 작물에 흡수될 수 있다. 최근 이 물질이 식품 안전을 위협할 수 있다는 우려가 커지고 있는 가운데, 국내 연구진이 살아있는 식물에서 6-PPD를 비파괴적으로 실시간 감지할 수 있는 웨어러블 센서 기술을 개발했다.
| 고효율 하이브리드 촉매 기반 식물 센서 개발
연구팀은 철산화물 나노큐브(Fe₂O₃ nanocube)와 탄소나노튜브 리본(CNT nanoribbon)을 결합한 하이브리드 전기촉매를 사용하여 식물용 전기화학 센서를 제작했다. 이 센서는 젤라틴 기반 하이드로젤 전해질과 함께 샌드위치 구조로 조립되며, 식물 잎에 부착해 6-PPD의 산화반응을 실시간으로 감지할 수 있다. 기존 기술 대비 5배 향상된 전기촉매 성능을 보였으며, 2.93 nM(2.93 X 10⁻⁹ mol/L)의 매우 낮은 농도에서도 6-PPD 검출이 가능하다.
실제로 이 센서를 깻잎, 상추, 토마토, 사과 등에 부착해 실험한 결과, 6-PPD를 효과적으로 검출해냈다. 6-PPD가 처리된 식물과 비교해 전류 변화가 명확히 관찰되었으며, 센서가 실제로 존재하는 6-PPD를 얼마나 정확히 감지했는지를 나타내는 '회수율'이 96.69~97.92%로 매우 높게 나타났다.
| 식물 건강 모니터링을 넘어 환경 안전 기술로
연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 6-PPD의 전기화학 반응 기작도 분석했다. Fe₂O₃·OH 복합체가 6-PPD의 산화·환원 반응을 유도하며, 수소 결합 및 정전기적 상호작용을 통해 센서 표면에 효과적으로 흡착시키는 것으로 나타났다. 이로써 복잡한 전처리 없이도 살아있는 식물에서 유해물질을 실시간 감지할 수 있는 기술적 기반이 마련되었다.
기존의 LC-MS, GC-MS 같은 분석기술은 정밀하지만 고가 장비와 복잡한 전처리 과정을 요구해 현장 적용이 어려웠던 한계가 있었다. 반면 이 웨어러블 센서는 실시간·비파괴 감지가 가능하고, 스마트폰과 무선 연동 기능을 통해 현장에서 즉시 데이터를 확인할 수 있어, 도시 환경 및 농업 현장에서의 활용성이 높다.
| 결론
정성미 박사팀이 개발한 식물용 웨어러블 전기화학 센서는 타이어 유래 유해물질인 6-PPD를 살아있는 식물에서 정밀하게 감지할 수 있는 기술이다. 다만, 실제 환경에서는 더 다양한 간섭물질의 영향이 있을 수 있어, 현장 조건에서도 6-PPD에 대한 높은 선택성이 유지되는지 검증이 필요하다.
그럼에도 불구하고 이 기술은 단순한 식물 상태 모니터링을 넘어, 스마트 농업, 환경 오염 감지, 식품 안전 확보 등 다양한 분야로의 확장 가능성을 보여준다. 특히 실시간·비파괴·저비용 모니터링이라는 세 가지 강점을 갖춘 만큼, 향후 지속 가능한 식량안보와 공중보건을 위한 핵심 기술로 주목받을 수 있다.
| 참고 문헌
Manavalan, S., Cho, G., Kim, H. S., & Jung, S. M. (2025). High-performance wearable sensor for non-destructive, real-time detection of 6-PPD on living plants using Fe2O3 nanocube-carbon nanotube nanoribbon hybrid electrocatalyst. Journal of Hazardous Materials, 491, 137981.
| 타이어 유해물질 6-PPD, 식물에서 실시간 감지 가능해진다
타이어에 널리 사용되는 산화방지제 6-PPD(N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine)는 자동차 운전으로 인한 타이어 마모 과정에서 환경으로 유출되어 작물에 흡수될 수 있다. 최근 이 물질이 식품 안전을 위협할 수 있다는 우려가 커지고 있는 가운데, 국내 연구진이 살아있는 식물에서 6-PPD를 비파괴적으로 실시간 감지할 수 있는 웨어러블 센서 기술을 개발했다.
| 고효율 하이브리드 촉매 기반 식물 센서 개발
연구팀은 철산화물 나노큐브(Fe₂O₃ nanocube)와 탄소나노튜브 리본(CNT nanoribbon)을 결합한 하이브리드 전기촉매를 사용하여 식물용 전기화학 센서를 제작했다. 이 센서는 젤라틴 기반 하이드로젤 전해질과 함께 샌드위치 구조로 조립되며, 식물 잎에 부착해 6-PPD의 산화반응을 실시간으로 감지할 수 있다. 기존 기술 대비 5배 향상된 전기촉매 성능을 보였으며, 2.93 nM(2.93 X 10⁻⁹ mol/L)의 매우 낮은 농도에서도 6-PPD 검출이 가능하다.
실제로 이 센서를 깻잎, 상추, 토마토, 사과 등에 부착해 실험한 결과, 6-PPD를 효과적으로 검출해냈다. 6-PPD가 처리된 식물과 비교해 전류 변화가 명확히 관찰되었으며, 센서가 실제로 존재하는 6-PPD를 얼마나 정확히 감지했는지를 나타내는 '회수율'이 96.69~97.92%로 매우 높게 나타났다.
| 식물 건강 모니터링을 넘어 환경 안전 기술로
연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 6-PPD의 전기화학 반응 기작도 분석했다. Fe₂O₃·OH 복합체가 6-PPD의 산화·환원 반응을 유도하며, 수소 결합 및 정전기적 상호작용을 통해 센서 표면에 효과적으로 흡착시키는 것으로 나타났다. 이로써 복잡한 전처리 없이도 살아있는 식물에서 유해물질을 실시간 감지할 수 있는 기술적 기반이 마련되었다.
기존의 LC-MS, GC-MS 같은 분석기술은 정밀하지만 고가 장비와 복잡한 전처리 과정을 요구해 현장 적용이 어려웠던 한계가 있었다. 반면 이 웨어러블 센서는 실시간·비파괴 감지가 가능하고, 스마트폰과 무선 연동 기능을 통해 현장에서 즉시 데이터를 확인할 수 있어, 도시 환경 및 농업 현장에서의 활용성이 높다.
| 결론
정성미 박사팀이 개발한 식물용 웨어러블 전기화학 센서는 타이어 유래 유해물질인 6-PPD를 살아있는 식물에서 정밀하게 감지할 수 있는 기술이다. 다만, 실제 환경에서는 더 다양한 간섭물질의 영향이 있을 수 있어, 현장 조건에서도 6-PPD에 대한 높은 선택성이 유지되는지 검증이 필요하다.
그럼에도 불구하고 이 기술은 단순한 식물 상태 모니터링을 넘어, 스마트 농업, 환경 오염 감지, 식품 안전 확보 등 다양한 분야로의 확장 가능성을 보여준다. 특히 실시간·비파괴·저비용 모니터링이라는 세 가지 강점을 갖춘 만큼, 향후 지속 가능한 식량안보와 공중보건을 위한 핵심 기술로 주목받을 수 있다.
| 참고 문헌
Manavalan, S., Cho, G., Kim, H. S., & Jung, S. M. (2025). High-performance wearable sensor for non-destructive, real-time detection of 6-PPD on living plants using Fe2O3 nanocube-carbon nanotube nanoribbon hybrid electrocatalyst. Journal of Hazardous Materials, 491, 137981.