연구성과

2020~2026년 최신 연구 흐름을 집대성한 리뷰 논문 발표… JCR 상위 0.5% 국제학술지 게재

화학과 이혜진 교수팀이 발암성 및 난분해성 환경오염 물질을 보다 정확하고 정밀하게 분석할 수 있는 차세대 ‘멀티모드 센싱(Multi-mode Sensing)’ 전략을 제시한 리뷰 논문을 발표했다. 이번 논문은 분석화학 분야 JCR 상위 0.5%에 해당하는 국제학술지 ‘트렌드 인 인바이런멘탈 애널리티컬 케미스트리(Trends in Environmental Analytical Chemistry, IF=13.4)’에 게재됐다.

현대 환경 문제의 주요 원인으로 꼽히는 농약, 과불화화합물(PFAS), 중금속, 다환방향족탄화수소(PAHs) 등 발암성·지속성 오염물질은 낮은 농도로 존재하면서 복합적으로 혼재되어 있어 정밀한 검출이 어렵다. 기존의 단일 신호 기반 분석법은 복잡한 환경 시료에서 다른 물질의 간섭을 받기 쉬워 분석의 선택성과 데이터의 신뢰성을 확보하는 데 한계를 보여왔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 금속-유기 골격체(MOFs, Metal-Organic Frameworks)와 그 복합체를 활용해 다양한 신호를 동시에 분석하는 이중·다중 모드 모니터링 시스템으로의 전환 필요성을 제시했다. MOF는 금속과 유기물로 이뤄진 다공성 신소재로, 넓은 표면적과 조절 가능한 기공 구조를 바탕으로 차세대 환경 센서 소재로 주목받고 있다. 기존의 단일 모드 검출 방식에서 벗어나, 서로 다른 분석 신호(전기화학, 광학 등)를 동시에 활용해 데이터를 상호 검증하는 이중·다중 모드 센싱 전략이 분석의 정확도를 높일 수 있음을 강조했다.

특히 이번 연구는 2020년부터 2026년까지 발표된 MOF 기반 환경오염물질 분석 연구를 체계적으로 정리·비교·분석한 리뷰 논문으로, MOF 기반 센서가 단순한 흡착제를 넘어 능동적인 신호 변환기 역할을 수행할 수 있음을 설명했다. 또한 전기화학적 반응과 광학적 신호를 결합하거나, 스마트폰 연동 기술을 접목해 고가의 장비 없이도 현장에서 즉각적인 모니터링이 가능한 차세대 플랫폼의 발전 방향을 제시하기도 했다. 연구팀은 향후 스마트폰 기반 휴대형 센서와 결합할 경우 현장에서 실시간 오염물질 분석에도 활용 가능성이 있을 것으로 전망했다.

이혜진 교수는 “이번 연구는 환경오염 물질 분석의 한계를 극복하기 위해 전 세계적으로 수행된 다중 모드 센싱 연구를 분석하고 새로운 방향성을 제시한 동시에 환경 분석을 넘어 식품·웰빙·에너지 분야로의 확장 가능성도 보여줬다는 점에서 의의가 크다.”라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 기초연구실지원사업 및 중견연구자지원사업과 대구RISE 센터의 ‘RISE 글로컬대학 30 사업’의 지원을 받아 수행됐다. 교신저자는 화학과 이혜진 교수와 경북대 기초학문융합연구원 첼라두라이 카루피아(Chelladurai Karuppiah) 연구교수이며, 제1저자는 화학과 루쟈란(Lu Jiaran) 박사과정생이다. 한편, 이혜진 교수는 현재 경북대 기초학문융합연구원 참여교수로, 웰빙 연구유닛을 이끌며 스마트 웰빙에 관한 연구를 진행하고 있다.

*Title of original paper: Metal–Organic Frameworks and Their Composites for Monitoring Carcinogenic and Persistent Environmental Pollutants: Transition from Single-Mode to Dual- and Multi-Mode Analytical Platforms

*Abstract
Carcinogenic and persistent pollutants (CPPs), including pesticides, per- and polyfluoroalkyl substances, heavy metal ions, and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), pose long-term risks to environmental and human health owing to their persistence, bioaccumulation, and chronic toxicity. However, reliably monitoring these contaminants in complex environmental matrices proves analytically challenging, particularly when multiple pollutants coexist. To overcome this challenge, metal–organic frameworks (MOFs) and their composites have emerged as versatile analytical materials owing to their tunable porosity; diverse coordination chemistry; and ability to integrate recognition, enrichment, and signal transduction within a single platform. This review critically examines recent advances in MOF-based analytical strategies for CPP monitoring, with particular emphasis on the transition from conventional single-mode detection to multi-analyte, dual-mode, and multi-mode sensing platforms. Electrochemical and optical approaches, including ratiometric electrochemistry, fluorescence/colorimetric and chemiluminescence/colorimetric sensing, and hybrid electrochemical/optical architectures, are evaluated for their analytical performance, robustness, and suitability for real sample analysis. Particular emphasis is placed on how MOF nanozyme activity, aptamer or DNAzyme functionalization, and composite design enable self-calibrated, interference-resistant detection. Emerging trends toward portable, field-deployable systems, such as paper-based devices and smartphone-assisted multimodal readouts, are also highlighted. Finally, current limitations, including stability, reproducibility, and uneven pollutant coverage, particularly for PAHs, are critically assessed, and future directions for next-generation MOF-based environmental analytical platforms are outlined. Overall, this review provides a timely perspective on how MOFs and their composites are reshaping analytical strategies for reliable CPP monitoring in environmental samples.

*Journal: Trends in Environmental Analytical Chemistry
*Web Link: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214158826000115?via%3Dihub

<사진 왼쪽부터 이혜진 교수, 첼라두라이 카루피아 연구교수, 루쟈란 박사과정생>