환경을 위한 최신 LOC기술 적용, 수질측정 핵심센서 국산화 전문
환경을 위한 최신 LOC기술 적용, 수질측정 핵심센서 국산화 전문
  • 오상헌 기자
  • 승인 2023.01.17 14:44
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“센서의 초소형화로 경제성 확보와 함께 환경친화적인 국산 수질측정센서 개발”
㈜메디센텍 공성호 대표/경북대학교 연구산학처장
㈜메디센텍 공성호 대표/경북대학교 연구산학처장

인류의 지속 가능한 먹거리산업은 대개 물에서 시작되기에, 수질관리와 오염도 측정은 매우 중요하다. 상수원이 조금이라도 오염되면 해당 지역 전체의 식수상태에 영향을 주며, 이로 인한 피해와 파급효과는 감당할 수 없기 때문이다. 하지만 국내 수질측정 관련 핵심기술은 대부분 해외기술에 의존하고 있으며, 수질측정소 간의 간격이 넓어 정밀한 오염원 추적이 불가능하여 수질오염 문제가 발생하면 소 잃고 외양간 고치기가 잦은 편이었다. 이에 경북대학교 전자공학부 교수이자 환경 센서 전문가인 ㈜메디센텍의 공성호 대표가 개발한 초소형 수질자동측정기는 이러한 문제를 더 편리하고 경제적이며, 환경에 유익한 방향으로 해결해 주목을 끌고 있다. LOC (Lab-On-a-Chip) 기반의 다양한 환경 센서 제품과 함께 혈관가시화 장치(SubQ Scanner) 등 의료기기 제품도 보유하여 환경과 의료 분야의 장비국산화에 크게 기여할 것으로 예상되는 공 대표의 특별한 기술력에 대해 알아보았다. 

교수창업 회사로 설립 3년 만에 기술특허 5건 보유, 수질측정 혁신 일으키다
대구 북구 경북대학교 내에 소재하고 있는 ㈜메디센텍은 MEMS/LOC 센서 전문 공학자인 공성호 교수가 창업한 벤처기업이다. 그 밖에도 자체 기업부설연구소 보유, 식약처 의료기기제조업 허가 및 의료기기 제조 및 품질관리 적합 인정(GMP) 기업이기도 한 ㈜메디센텍은 2019년 창립 이래 지금까지 초소형 다중수질측정기(EcoWatQ-P/N/OC), LOC(랩온어칩) 기반 센서, 혈관가시화 장치(SubQ Scanner) 등 LOC 및 광학센서 기술을 적용한 특허제품들을 개발해 냈다. 수질측정에 있어 핵심기술인, 수질분석용 마이크로 유체칩 및 이의 제조방법, 열적으로 강화된 광촉매반응을 활용한 수질분석소자 및 그 제조방법, 이를 이용한 수질분석장치 등 5개 특허를 보유하고 현재 다수 특허출원 중인 공 대표는 최신 LOC 기술을 사업화하고, 해외수입 기술이 주류를 이루고 있는 수질측정 센서의 국산화를 위해 회사를 창업했다고 한다. 또한 공 대표는 경북대학교 소속으로 과학기술정보통신부 과제인 ‘취수원 생태계 고도화’ 사업에 참여하여 LOC 핵심 센서 기술 고도화를 주도하였으며, 3년간의 원천기술 개발을 완료하고 추가 2년간의 실증사업을 앞두고 있다. ㈜메디센텍의 주력사업인 국산화 수질자동측정기는 세계 최초로 인/질소/유기탄소 등을 한 번에 실시간 자동 측정 가능한 LOC기반 제품이며, 국가수질측정망(TMS)과 연동하여 기존 측정소보다 더욱 조밀하게 수질측정을 할 수 있어 수질 오염원의 정밀추적이 가능하다.

LOC 기술 적용으로 처리시간, 비용, 크기 줄여 편리해진 수질자동측정기 출시
공 대표의 수질자동측정기는 기존 기계식 수질측정기의 시료가 최소 10L이상이었던 것과 달리, 0.01L라는 극소량의 시료만으로도 측정이 가능한 기술혁신을 이뤄냈다. 고압가열 및 연소산화방식의 기존 전처리기법을 광촉매(TiO2) 증착 기술을 적용하여 비교적 낮은 온도 및 상압에서 반응이 일어날 수 있도록 개선하였고, LOC 기술을 적용하여 손바닥 안에 들어오는 초소형 크기에 전처리부, 측정분석부, 미세유체혼합부, 마커처리부가 모두 장착되어 사용되는 시료 및 화학약품을 획기적으로 줄일 수 있었다. 또한 크기가 작아지면서 설치에 유연성을 가지게 되어 건설현장의 단기 건설폐수 측정소, 민간축사의 축산폐수 측정소 등 다양한 장소에 손쉽게 측정기를 설치할 수 있어 수질자동측정분야에서 가장 스마트한 도전으로 평가받는다. 더욱이 수질측정은 정밀한 측정결과가 필요한 분야로서, 이를 위해 전처리용 산화제, 발색제 같은 화학약품이 많이 필요한데, 공 대표는 LOC기술이 가지는 장점을 이용하여 화학약품의 사용을 줄여 기존 제품보다 훨씬 친환경적인 제품을 만들 수 있었다. 보통 수질자동측정기는 크게 형식승인이 필요한 국가수질측정망(TMS)용과 민수용이 있는데, 각 지자체의 상하수도 관리기관 및 지방 환경관리공단 등은 TMS용을 상시 사용하여야 하며, 민간의 경우에도 대형 축사 등 일정 규모 이상의 대형 배출업소에는 필수적으로 수질자동측정기를 설치하여야 한다. 그 이외에도 환경관리 규제 강화에 따라 설치해야 하는 분야가 많아지고 있어 미래 사업성은 매우 밝다고 본다. 국내 대부분의 수질측정기 제조업체는 독일과 일본 등에서 핵심 센서기술을 도입한 총판형태의 회사들이 많아 ㈜메디센텍의 LOC기반 수질측정기는 시장에서 큰 경쟁력을 갖는다. 공 대표는 “폐수와 달리 녹조가 발생하면 안 되는 식수의 수질측정은 매우 중요하다. 녹조 발생 이전에 부영양화에 대비해 기온·강수량과 종합해 발생을 예측하고 대비하는 총인(TP)/총질소(TN)/총유기탄소(TOC) 모니터링이 낙동강 같은 주요 식수원 하천에 반드시 있어야 한다. 기존 측정시스템은 50km마다 있기에, 이를 최소 10~20km마다 설치할 수 있도록 초소형 제품을 개발한 것”이라고 설명한다.

전적으로 해외에 의존하던 센서기술 국산화로 기술 장벽, 단가문제 해소
공 대표의 기술 패러다임이 주목을 끄는 이유는 이러한 성과에 더해 핵심센서의 국산화를 이루어 제품제작단가까지 줄였다는 점이다. 400~500만 원에 달하는 측정 센서모듈은 지금까지 전적으로 해외기술에만 의존했었다. 하지만 공 대표는 이 새로운 측정기술로 수질측정항목 5개 중 가장 중요한 총인(TP)/총질소(TN)/총유기탄소(TOC) 측정센서를 순수 국산기술로 구현해냈다고 한다. 이처럼 ㈜메디센텍의 수질자동측정기는 해외기술에 의존한 국내 수질측정기기의 한계를 뛰어넘은 제품으로서, 광학측정 보정 알고리즘을 적용한 고유의 ROIC 설계기법으로 늘 일정한 결과값을 얻을 수 있도록 하였으며 또 유사 제품 대비 측정 해상도범위(Dynamic Range)도 넓어서, 광학적인 응용 산업분야에 모두 진출할 수 있다. 그 밖에도 ㈜메디센텍은 광학센서 융합기술을 활용한 실시간 표재정맥 가시화 의료기기인 서브큐 스캐너(SuqQ Scanner)도 개발했다. 이 제품은 광학렌즈와 이미지센서, 그리고 근적외선(NIR)을 이용해 피하 5-10mm 영역의 표재정맥을 시각적으로 이미지화하여 피부표면에 투사하는 의료장비로서, 혈류 측정과 결과값의 외부 디바이스 실시간 전송기술까지 탑재시켰다고 한다. 공 대표는 기존 화학실험실에서 이루어지는 시료의 분리, 혼합, 반응, 분석 등의 모든 과정을 칩 하나로 구현하는 LOC센서 기술을 더욱 체계화하여, 상하수원의 수처리 분야뿐만 아니라 약품검사와 의료진단, 농축수산, 생활편의 등 여러 분야에 적용할 수 있도록 융합기술을 발전시켜 나갈 계획이다.

센서기술 중심의 정밀농업 분야 진출 계획, 기술생태계구축 목표
경북대는 연구산학처 산하에 산학협력단이 국가 프로젝트를 확보하며 산학 R&D를 주도하고 있으며, 기술지주회사와 자회사가 창업보육에 참여하고 있다. 사업체를 이끄는 대표이사이자 경북대학교 연구산학처장/전자공학부 교수로 교내 창업, 창업교수/학생지원, 교육을 담당하는 공 대표는 1월부터 한국센서산업협회 부회장에서 회장 임기를 시작했다. 그리고 ㈜메디센텍의 핵심 기술진들은 대부분 경북대 전자공학부 출신 석박사급 제자들로 이루어져 있어, 기술개발의 연속성과 유기적인 산학협력이 잘 이루어지고 있다는 장점을 가진다. 평생 센서를 다루어 기술혁신에 강한 공 대표는 지금까지 보유한 원천기술을 토대로, 스마트 팜 분야 특히 정밀농업(Precision Agriculture)에 진출하고자 한다. 그는 우리나라는 단위면적(ha) 당 비료 사용량이 OECD 국가 중 1위라고 하며, 이는 환경적인 문제뿐만 아니라 최근 비료값의 폭등으로 경제적 문제도 발생시키고 있다고 한다. 또한 우리나라 농업용수에는 이미 비료의 3대 요소인 N(질소)/P(인)/K(칼륨)이 상당수 포함되어 있으며, 이를 제대로 측정할 수 있다면 투입되는 비료를 줄일 수 있다고 한다. 즉 정밀농업에는 정밀센서가 필요하다는 의미이다. 공 대표는 이를 구현하기 위해 현재 경북대학교 농생명과학대학과 협업하여 농업용수에 포함된 비료성분을 정밀하게 측정하고 이를 고려한 작물의 종류별 최적 시비(施肥)량을 추산하는 방법을 개발하고 있다고 한다. 공 대표는 “농업용수의 N(질소)/P(인)/K(칼륨) 농도를 정확하게 측정할 수 있다면, 경제적인 이점과 환경적인 장점을 모두 가지는 획기적인 시비(施肥) 방법이 개발될 것이다”라고 전했다.


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