pH 지시약 기반 색 변환 센서를 이용한 실시간 연어 부패 모니터링

Abstract

색 변환 가스 센서는 피감지 대상 가스와 고체 감지막 매트릭스가 상호작용하여 육안으로 확인 가능한 색상 변화를 통해 가스의 감지 여부를 확인할 수 있는 센서이다. 제조비용이 적게 들고, 저비용 도구가 사용되며, 사용법 및 결과를 이해하기 쉬워 각광받는 센서이다. 음식물의 유통량이 증가하면서 이러한 색 변환 센서를 통한 음식물의 상태를 확인하는 것이 활발히 연구되고 있다. 본 연구에서는 음식물이 부패 시 증가하는 TVC에 따라, TVBN의 농도가 증가하고, 그 중 암모니아를 감지 대상으로 하는 색 변환 센서를 연구하였다. pH 지시약을 염료로 사용하며, 산-염기 반응을 통해 암모니아를 감지하는 것을 기본 원리로 사용하였다. 브로모크레졸그린(BCG) 및 파라톨루엔술포닉산(TA)를 통해 초기 색상을 노란색으로 안정화하고, 폴리에틸렌글라이콜(PEG)와 그래핀 옥사이드(GO)를 이용해 센서 감지막의 친수성 특성을 증가시켜, 색 변환 세기를 강화하였다. 또한 폴리플루오르화비닐리덴 시트와 앞선 염료 용액을 드롭-캐스팅 방법을 통해 감지막을 제작하였고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 및 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)을 함께 사용해서 센서를 제작하여 내구성을 강화하고, 외부 습도에 대한 영향성을 줄였다. 제작된 TVBN 색 변환 센서는 15분의 감지시간, 250 ppb 이하의 최소 감지 농도, 비염기성 용매에 대한 높은 선택성, 높은 열 충격 안정성을 나타낸다.

부패가 진행됨에 따라 증가하는 미생물의 수 및 TVBN의 농도 증가와 센서의 색 변환 세기 사이의 상관 관계를 확인하기 위해, 연어 시료를 이용한 부패 실험을 진행하였다. 24시간 동안 TVC가 지수함수적으로 증가하는 것을 확인하였으며, 센서의 색 변환 세기는 부패가 시작되는 초기 8시간동안 급격하게 증가한다는 것을 확인하였고, 이를 통해 색 변환 센서가 실시간 음식물 부패 모니터링에 사용하기 적합하다는 것을 확인하였다.