환경을 위한 최신 LOC기술 적용, 수질측정 핵심센서 국산화 전문
“센서의 초소형화로 경제성 확보와 함께 환경친화적인 국산 수질측정센서 개발”
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.