농약 검출을 위한 바이오센서 시스템 연구 및 그 응용

Abstract

농작물 수확에 있어서 농부들은 병충해를 방지하고 최대 한 많은 양을 수확하기 위해 살균제, 제초제, 살충제와 같은 여러 가지 유기 독성 화합물들을 일정한 틀 없이 무작위로 사용하는 경우가 많다. ‘농약’이라 함은 수목 및 농림산물을 포함한 모든 농작물을 해하는 벌레, 균류, 세균, 바이러스, 잡초, 선충류, 설치류를 비롯하여 여러 해충으로 인한 피해를 방지하기 위하여 사용되는 화학물질, 합성물질 또는 천연 물질로서 살균제, 제초제, 살충제와 농작물의 생리기능을 증진 또는 억제하는데 사용되는 생장조절제 및 약효를 증진시 키는 성분을 가리키는 용어이다(1). 전 세계적으로 1,200가 지 이상의 화학물질이 농약으로 등록되어 있고 매년 대략 250 만 톤이 살포되고 있으며, 땅 속의 잔류농약은 공기, 물, 그리고 토양을 통해 먹이사슬에 들어갈 것이다. 그리고 이것은 생태계, 조류, 포유류 뿐 만아니라 인류에게도 여러 건강상의 문제를 일으키는 원인이 된다. 농약은 만성적으로 암이나 유전병을 유발할 수 있으며, 골수병, 불임, 정신 분열, 면역질환, 호흡기 질환을 발생시킬 수도 있다. 또한, 다량 노출될 경우 동공축소, 구토, 근육강직, 현기증, 경련, 혼수 등과 더 심한 경우 사망에 이를 수도 있다. 미국과 유럽의 경우, 이러한 문제에 대처하기 위해 새로운 법령을 적용하고 있다. 이 법령의 시행은 인간의 건강과 생태계에 좋지 않 은 영향을 주는 물질의 존재를 감시하기 위한 확실한 환경 모니터링이 반드시 수반되어야 한다. 인간에게 물속에 존재 하는 다른 여러 종류의 농약에 대한 허용치는 농작물의 종류에 따라 다소 차이가 있긴 하지만 0.01～50.0 ppm이 다(2). 농약은 화학구조 또는 용도에 따라 몇 가지 종류로 분류할 수 있으며 이들의 화학적 특성은 곧 건강영향의 특성 과 관련되어 있다. 지난 20년간 유기염소계 살충제 (aldrin, DDT, lindane 등)들은 환경에서 지속성이 낮게 영향을 주는 유기인계화합물 (malation, paraoxon, parathion 등)과 카바 메이트계 (aldicarb, carbaryl 등) 살충제들로 교체되어 왔지 만 이들은 높은 독성 때문에 심각한 위험성을 보이며 특히 농약 살포시 주변 토양 및 수질에 영향을 미쳐서 주변환경 의 오염이 더욱 심각한 것으로 나타났다(3). 농약의 분석을 위해 일반적으로 기체크로마토그래피 (GC), 고압액체크로마토그래피 (HPLC), 또는 GC/MS, LC/MS와 ELISA 방법 등이 있다(4, 5). 이들은 고감도의 신뢰성이 있 는 정확한 분석 방법이지만 고가의 장비와 전문적인 인력 이 필요하다는 단점을 가지고 있다. 또한 시간이 오래 걸리 고 복잡한 과정을 거치는 분석방법이기 때문에 현장 측정에 적합하지 않다. 그래서 농약의 분석을 위해 간단하고 편리 한 대안으로 바이오센서 시스템을 사용하고자 하는 것이 다. 바이오센서는 측정 가능한 신호를 얻기 위해 생물학적 성분 (효소, 전세포, 항체 등)과 전기적인 요소가 접목되어 있어서 강력한 크로마토그래피 분석방법들과 필적하지 않더 라도, 이들은 빠르고 신뢰할 수 있는 분석을 제공할 수 있다. 이 장치들은 고가 장비를 사용하기 전에 사전 스크리닝에 아주 유용하게 이용될 수 있다. 지난 약 30년 간, 효소, 전세포, 항체 등을 사용하여 여러 가지 저렴하고 신속하게 농약검출이 가능한 바이오센서가 개발되어 왔다. 본 총설에 서는 농약검출용 바이오센서의 다양한 양상을 살펴보고 주요 특징들을 서술하고자 한다.