미생물학과 이은희 교수 연구팀이 눈에 보이지 않는 초미세플라스틱을 현장에서 단 10분 만에 검출할 수 있는 휴대형 센서를 개발했다. 이번 성과는 고가 장비와 복잡한 절차에 의존해야 했던 기존 분석법의 한계를 극복하고, 환경·건강 문제 대응에 새로운 돌파구가 될 것으로 기대된다.

초미세플라스틱은 머리카락 굵기의 수만분의 1에 불과한 1㎛(마이크로미터·1백만분의 1m) 미만 크기의 미세 조각으로, 강·바다는 물론 우리가 매일 마시는 수돗물·정수기 물·생수 등에서도 흔히 발견된다. 실제로 500㎖ 생수 한 병에서 수백만 개가 검출됐다는 연구 결과도 있다. 

문제는 크기가 너무 작아 눈에 보이지 않을 뿐 아니라, 체내에 들어오면 쉽게 배출되지 않아 건강에 악영향을 줄 수 있다는 점이다. 지금까지는 수억 원대 고가 장비와 복잡한 분석 과정에 의존해야 했기 때문에, 현장에서 초미세플라스틱을 즉시 확인하기는 불가능했다.

이에, 연구팀은 형광 기반 측방유동분석법(lateral flow assay, LFA)을 활용해, 크기 200㎚(나노미터·10억분의 1m) 이하의 초미세플라스틱을 신속하고 민감하게 검출할 수 있는 새로운 방법을 제시했다. 플라스틱 표면에 잘 달라붙는 형광 물질(1-pyrenebutyric acid N-hydroxysuccinimidyl ester)과 초미세플라스틱을 붙잡는 역할을 하는 고분자 물질(polyethyleneimine)을 활용해 새로운 검출 기술을 개발한 것이다. 

이 기술은 폴리스타이렌(PS), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리염화비닐(PVC) 등 주요 5종 초미세플라스틱을 최소 9.3~163.9㎍/ℓ 수준까지 검출할 수 있으며, 검출 소요 시간은 단 10분에 불과했다. 강물과 바닷물은 물론, 생수·정수기 물·차·탄산수 등 우리가 일상에서 마시는 다양한 물에서도 안정적으로 작동해 실제 환경 적용 가능성을 입증했다. 

연구팀은 휴대용 형광 이미징 장치도 제작해, 검출 결과를 즉시 촬영·분석할 수 있도록 했다. 이를 통해 현장에서 곧바로 실시간 모니터링이 가능함을 확인했다.

이번 연구는 실험실에만 의존하던 기존 분석법의 한계를 극복하고, 저비용·고효율의 현장 검출 기술을 제시했다는 점에서 의미가 크며, 향후 환경 모니터링은 물론 수질 관리, 식품 안전 등 다양한 분야에서의 활용이 전망된다.

【왼쪽부터 이은희 교수, 장윤수 박사과정생】

연구책임자인 이은희 교수는 “초미세플라스틱 오염은 점점 심각해지고 있으나 기존 분석법은 현장 적용성이 떨어졌다”며 “이번 연구를 통해 누구나 손쉽게 활용할 수 있는 검출 기술을 제시함으로써 환경 문제 해결에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

해당 연구 결과는 세계적으로 권위 있는 국제 학술지 『Journal of Hazardous Materials』 10월 5일자에 게재됐다.

- 논문 제목: A field-deployable lateral flow assay for rapid and sensitive detection of nanoplastics(초미세플라스틱 신속·고감도 현장 검출을 위한 측방유동분석법 개발)

- 논문 링크: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139662 

이번 연구는 G-LAMP 사업단(중점 테마 연구소: 미래지구 환경 연구소) 및 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 미생물학과 장윤수 박사과정생이 제1저자, 이은희 교수가 교신저자로 참여했다.

* 상단 연구 이미지: 측방유동분석 기반 휴대용 센서를 활용한 초미세플라스틱 현장 검출 과정(강이나 바다 등에서 채취한 물을 센서에 적용하면, 

초미세플라스틱이 형광 신호로 확인된다.)

[Abstract]

Plastic pollution has emerged as a global concern, with nanoplastics posing a distinct threat due to their small size, high mobility, and persistence. However, conventional nanoplastic detection techniques often rely on sophisticated instruments and extensive preprocessing, limiting their on-site applicability. This study aimed to develop a rapid and portable lateral flow assay (LFA) for on-site detection of nanoplastics smaller than 200 nm in environmental water samples. Here, we present a fluorescence-based LFA capable of detecting five common polymer types–polystyrene, low-density polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and polyvinyl chloride–within 10 min. The assay achieved detection limits ranging from 9.3–163.9 μg/L, depending on polymer type and particle size. It demonstrated excellent selectivity against common interferents such as bacterium and natural organic matter, and maintained robust performance in complex matrices including bottled water and tea extract. To validate real-world applicability, nanoplastic mixtures were spiked into river water and seawater at concentrations of 3.7 × 10²–3.7 × 10⁴ μg/L, and all five polymer types were successfully detected. These results demonstrate that the developed LFA enables rapid (<10 min), on-site detection of multiple nanoplastic types in real environmental water samples, providing a practical and field-deployable solution to improve monitoring and management of nanoplastic contamination.

- Authors (Pusan National University): 

 · First author: Yunsoo Chang (Department of Microbiology), 

 · Corresponding author: Eun-Hee Lee (Department of Microbiology, Institute for Future Earth)

- Title of original paper: A field-deployable lateral flow assay for rapid and sensitive detection of nanoplastics

- Journal: Journal of Hazardous Materials 

- Web link: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.139662 

- Contact e-mail: leeeh@pusan.ac.kr