식품 신선도를 실시간으로 알 수 있는 스마트 포장 센서 개발

– 나노기술 기반 유연 SERS 센서 플랫폼으로 포장지 뜯지 않고도 식품 안전 모니터링 –

국가과학기술연구회(이사장 김영식) 산하 한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 나노리소그래피연구센터 정준호 책임연구원 연구팀은 국립한밭대학교, 고려대학교 세종캠퍼스와 공동으로 식품의 신선도와 안전성을 실시간으로 모니터링할 수 있는 표면증강 라만 산란(이하 SERS) 기반의 신축성 센서 플랫폼을 개발했다. SERS 기술을 응용한 이 센서는 육류, 생선, 채소, 과일 등의 신선도와 영양성분, 유해물질을 포장을 뜯지 않고도 비파괴적으로 탐지할 수 있다.

SERS 기술은 육류, 생선, 채소, 과일 등 다양한 식품의 신선도와 유해물질, 영양성분을 포장을 뜯지 않고도 비파괴적으로 감지할 수 있어 식품 안전 관리의 새로운 가능성을 제시해 왔다. 하지만 기존 기술은 낮은 실용성과 제한적인 적용 범위라는 한계를 안고 있었다.

공동연구팀은 전기방사 섬유상에 나노전사인쇄 공정을 접목한 세계 최초의 섬유 기반 미세구조체 정전기적 직접 전사 기술을 개발해 고감도 SERS 기판 제작에 성공했다. 이 기술을 통해 빛의 산란을 이용한 미량 분자 검출이 가능해졌고, 나아가 고신축성 기능성 소재를 섬유화하여 신축성과 항균 기능을 겸비한 유연 포장재 개발로 이어졌다. 이 센서 플랫폼은 식품 포장재와 결합되어 다양한 식품에 적용 가능한 차세대 스마트 패키징 솔루션으로 주목받고 있다.

새롭게 개발된 센서 포장재는 유통·보관 과정 중 포장지 자체가 식품 상태를 감지하는 스마트 포장으로 기능한다. 포장을 열지 않고도 부패 여부나 유해물질 존재 여부를 확인할 수 있어, 식품 폐기물 감소와 유통 효율성 개선에 기여할 것으로 기대된다. 또한 항균 기능이 포함된 소재는 식품의 부패를 지연시켜 신선도 유지를 더욱 향상시킨다.

나노구조 SERS 센서가 통합된 식품 모니터링 및 보존을 위한 신축성 항균 포장재 공정 모식도 및 적용 예시

이번 연구는 국립한밭대학교 하지환 교수, 고려대학교 세종캠퍼스 양진혁 학생이 공동으로 수행했으며, 기계연 정준호 책임연구원, 고려대학교 세종캠퍼스 안준성, 소순애 교수가 연구를 이끌었다. 공동 제1저자인 하지환 교수와 양진혁 학생은 “전기방사 섬유 위에 나노전사인쇄 공정을 세계 최초로 적용하여 유연하면서도 신축성 있는 SERS 센서를 구현할 수 있었다”고 밝혔다. 기계연 정준호 책임연구원은 “이번에 개발된 식품 모니터링 플랫폼기술은 포장을 뜯지 않고도 신선도와 안전성을 정밀하게 모니터링할 수 있는 혁신적 접근으로, 새로운 스마트 포장 시장을 개척하는데 일조할 것이다”이라고 말했다.

(왼쪽부터) 한국기계연구원 정준호 책임연구원, 국립한밭대학교 하지환 교수, 고려대학교 세종캠퍼스 양진혁 학생, 소순애 교수, 안준성 교수

이 연구는 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 문화체육관광부, 중소벤처기업부의 지원을 받아 한국연구재단이 추진한 국가연구개발사업의 일환으로 수행되었으며, 연구 성과는 재료·나노과학 분야의 국제 학술지 *스몰(Small, Impact Factor 13, JCR 상위 7%)*에 게재됐으며 뒷면 표지(back cover)로도 선정되었다.

(논문명: SERS Sensor Integrated in Stretchable and Antimicrobial Wrapper for Food Quality Monitoring and Preservation(Small 2025, 2501808))

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