한국기계연구원(이하 기계연)이 비전문가도 현장에서 바로 식중독균을 검출할 수 있는 자동 진단시스템을 개발했다.
이 기술은 복잡한 실험 과정 없이 주요 식중독균 16종을 1시간 이내에 한 번에 찾아낼 수 있어 식품 현장에서 식중독 예방 및 대응 속도를 크게 높일 전망이다.
기계연 대경권융합연구본부 진단센서연구실 박찬용 선임연구원, 이동규 책임연구원, 우창하 박사후연구원 연구팀은 식품 탈리부터 핵산 전처리, 분자진단까지 전 과정을 하나의 장비로 수행하는 ‘식중독 진단용 현장형 고속 전자동 통합시스템’을 개발했다.
현재 식중독 검사 표준법은 식품 속 세균을 배양해 확인하는 방식으로, 결과를 얻기까지 최소 2일, 길게는 1주일까지 걸린다. 게다가 식중독균 검출은 고가의 장비와 숙련된 전문 인력이 필요해 현장 활용성이 떨어졌다.
연구팀은 식품을 강하게 파쇄하지 않으면서 세균만 분리하는 탈리 기술을 적용했다.
이는 고속 프로펠러 회전으로 생기는 힘으로 식품 속에서 식중독균만 선택적으로 분리하는 방식이다.
이어 다중 분리막을 이용한 진공 여과 구조로 불순물을 제거하고, 200㎖ 대용량 시료도 빠르게 처리한다.
정제한 핵산은 분자진단 단계에서 세균의 유전물질을 증폭해 존재 여부를 확인한다.
실제 연구팀은 기계적 고속제어 기반 열주기 기술을 적용해 40사이클 증폭을 15분 안에 처리했다.
아울러 하나의 웰에서 두 가지 이상의 형광 신호를 동시에 읽을 수 있는 전용 시약과 저가형 CMOS 기반 멀티 형광센서를 결합해 식품의약품안전처 고시 기준 16종 식중독균을 한 번에 고감도로 검출할 수 있다.
이 모든 과정은 버튼 한 번으로 전 공정이 자동 수행되는 통합 제어 소프트웨어를 중심으로 운영된다.
사용자는 시료를 장비에 투입하고 자동 프로세스를 실행하면, 장비 내부에서 식품탈리–핵산정제–증폭–형광 검출–결과분석까지 전 과정을 자동 제어한다.
이 과정에서 증폭 곡선, 형광 신호, 오류 탐지 등 각종 공정 데이터를 실시간 분석해 결과의 신뢰도를 높였다.
기계연은 이 시스템을 실증 현장에 적용해 4개 이상의 식품군을 대상으로 시험한 결과 모든 실증 과정에서 현장 적용 가능성과 분석 정확도를 확인했다.
박 선임연구원은 “이번 연구는 현장에서 신속하고 정확하게 식중독균을 검출하고 비전문가도 쉽게 사용할 수 있다는 점이 가장 큰 강점”이라며 “학교·산업체 급식시설, 식품제조 현장, 지자체 식품검사소 등 다양한 현장에 도입될 경우 식중독 사고를 사전에 차단하고 식품 안전성을 대폭 강화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대한다”고 설명했다.
이 책임연구원은 “식품 탈리부터 핵산 정제, 분자진단까지 모든 과정을 하나의 장비 안에서 자동화한 기술은 국내 식품 안전 관리 체계에 새로운 패러다임을 제시하는 혁신적인 성과”라고 강조했다.
