초록 ▼

연구개발목표 및 내용
최종 목표
○ 최종목표: 디지털 이미징 기반 고감도-고정확 양방향 시소형광 검출기술 개발 및 식품유해물질의 다중 현장검출 적용이 가능한 IoT 센서집적 시작품 개발
○ 세부목표:
· 이종의 식품유해물질의 고정확도 및 고신뢰성 동시 다중검출 기술 개발
· IoT 통신시스템이 결합된 stand-alone, on-site, portable 형광 검출시스템 시작품 개발
○ 정량목표:
· 검출 대상 식품유해물질
: 유해균 3종 (Listeria monocytogenes, Sta

연구개발목표 및 내용
최종 목표
○ 최종목표: 디지털 이미징 기반 고감도-고정확 양방향 시소형광 검출기술 개발 및 식품유해물질의 다중 현장검출 적용이 가능한 IoT 센서집적 시작품 개발
○ 세부목표:
· 이종의 식품유해물질의 고정확도 및 고신뢰성 동시 다중검출 기술 개발
· IoT 통신시스템이 결합된 stand-alone, on-site, portable 형광 검출시스템 시작품 개발
○ 정량목표:
· 검출 대상 식품유해물질
: 유해균 3종 (Listeria monocytogenes, Staphylococcus aureus, Salmonella enterica),
: 화학물질 3종 (농약 2종; Methomyl, Dicamba/독소 1종;Aflatoxin G1)
· 유해균 검출 감도 : ≤10 CFU/㎖
· 식품 유해화학물질 검출감도 : ≤10 pM
· 동시 검출 특이도: ≥90%
· 총 검출 시간 : ≤1시간
○ 연구성과 목표:
· 논문 : SCI(E) 총 15건/상위10% 논문 5건 포함
· 특허 : 국내 출원/등록 7/3 건, 해외 출원/등록 2/1건
· 인력양성 : 박사 3명
· 기술료실적 : 계약 수 2건, 계약액 80,000천원

전체 내용
● 시작품 설계 및 제작
- 상용화를 위한 저가격화, 신뢰성 확보, 양산성이 가능한 요소기술을 바탕으로 시작품 제작
● 검출 및 분석 프로토콜 정립
- 휴대 유해물질 검출 기기 맞춤형 식품 샘플 검사 조건 최적화 프로토콜 수립
- 프로토콜에 따른 시스템의 정확도에 대한 신뢰성 및 유효성 평가
● 시작품을 활용한 분석성능 데이터 확보
- 다중 검지 기술을 시작품에의 적용 평가 수행
- 식품 샘플에 대해 타겟 종류에 따른 분석결과의 차이점 분석 및 민감도와 특이도 확보
● 시작품 성능검증
- 최종 시작품에서의 식품 샘플 내 유해물 검출에 대한 정확도 (민감도 및 특이도) 확보
- 공인 인증기관으로부터 표준화된 샘플을 공급받아 정량평가를 수행하고 측정데이터에 대한 신뢰성 검증을 받도록 함

연구개발성과
○ 수동유체 제어형 센서카트리지, 식품유해물질 다중 검출법 및 검출기 시스템 시작품 개발
- 저가형 나노기반 형광 증폭 플라스틱 기판 (최대 126배 증폭)및 센서 카트리지 개발 (유해화학물 검출용 1종, 유해균 검출용 2종 개발)
- 식품 샘플 내 고감도 고정확성 양방향 시소 형광검출법 (seesawed fluorescence detection) (검출한계 ≦ 1pM, 특이도 ≧ 90%) 및 자기 앱타머 형광 이미징법 (검출한계 ≦ 10 CFU/mL, 특이도 90%) 개발
- 다중 검출타겟 정량화를 위한 형광 이미지 프로세싱 알고리즘 개발
- Stand-alone의 휴대형 카트리지 형광리더기 시작품 개발 (스마트폰 집적형 1종, stand-alone IOT 기기 1종 등 총 2종 개발)
- 센서 카트리지를 활용한 식품 매트릭스 내 다중 타겟 동시검출 및 정량화 프로세스 개발 (3종의 박테리아 동시검출 기술 개발)
○ 검출기 시작품 개발 및 이를 활용한 유해물질 다중 검출 및 분석 프로토콜 개발
- 1차 시작품 설계 및 제작
- 1차 시작품을 활용한 분석성능 데이터 확보
- 최종 시작품 제작
- 시작품을 이용한 검출 및 분석 프로토콜 정립
- 시작품 성능검증 및 데모
○ 정량적 연구개발성과

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 활용계획
- 보관창고, 유통업체, 판매소, 급식소 등에서 오염이 의심이 되는 식품원료 및 가공식품의 현장검출용 IoT 기반 형광 센서 시스템을 도입하여 현장에서 즉각적으로 식품 내 유해물질 대상(유해화학물 및 유해균 등)을 검출하여 시간 및 비용을 단축 할 수 있을 것으로 기대됨
- 해외에서 수입한 콩을 수입 원료로 사용하여 두부나 두유와 같은 식품을 가공·제조할 경우 본 식재료가 포함하고 있는 다수의 중금속, 독소, 혹은 농약과 성분의 잔류물 또한 가공업체에서 즉각적으로 선별 및 분류하여 소비자에게 공급 전에 미리 예방 할 수 있게 함
- 기존 두부·두유와 같은 콩을 원료로 하는 식품의 가공 및 유통 단계 중 생길 수 있는 부패, 변질에 대한 문제를 실시간으로 면밀히 검수 및 확인을 가능하게 함
- 식품을 대량구매 하는 급식소 및 식당에서 발생할 수 있는 박테리아 등의 오염을 본 연구로 개발된 키트를 통하여 간단하고 빠르게 식품의 안전을 확인함으로써 국민의 식품안전 신뢰도 향상 및 건강 증진 효과를 낳을 수 있음
- 식품 유래의 다양한 유해균 및 화학적 유해물질을 센서 어레이에서 한 번에 검지해낼 수 있는 Point-of-care-technology(POCT) 기반 기술 확보를 통하여 향후 현장검출용 키트가 요구되는 검출 분야에서 다양한 제품 개발에 본 기술을 활용할 수 있음
○ 기대효과
- 형광증폭형 나노소재가 접목된 저가형 플라스틱 형광리포터 어레이 기판과 센서 카트리지와 디지털 카메라가 집적된 IoT 융합 카트리지 형광 리더기의 새로운 tool-set의 개발을 통하여 신산업 창출 및 해당 중소기업과의 협력을 통하여 POCT 기술관련 산업에 대한 시장창출 효과를 기대해 볼 수 있음
- 초고감도-고정확성 다중검출 기술이 확보된 새로운 시스템의 개발은 현존하고 있는 POCT 기술로 극저농도에서 검지하기 어려웠던 식품 유해균 및 유해화학물에 대해서 검출이 가능하게 됨으로써 기술 선도국에 맞서는 기술력 보유 효과를 기대해 볼 수 있음.
- 본 기술의 사업화 후 검출용 키트에 소모품으로 쓰이는 칩의 수익을 통한 효과뿐 아니라 목적에 맞게 다양한 프로브 앱타머를 고정한 칩의 생산을 통해 지속적인 경제적 수익을 기대할 수 있음
- 형광신호 증폭이 가능한 저가형 플라스틱 기판 소재 개발 및 다중검출을 위해 어레이화할 수 있는 공정기술을 개발하여 6개의 프로브 분자를 하나의 어레이 위에 구현해 낼 수 있도록 하여 6개의 타겟을 동시에 검출함으로써 종래 기술 대비 타겟당 검출 비용의 절감 효과를 기대할 수 있음
- 캐나다의 StratCom에 따르면 식음료품 검사 관련 제품의 판매가 2010년에 비해 2배 가량 증가했으며, 향후 식품안전에 대한 시장 또한 지속적으로 성장할 것으로 예상되는 가운데, 현존하는 식품 진단용 POCT는 미국, 유럽 등 선진국 등에서 보유하고 있음. 국내에서 IoT용 Stand-alone 검출시스템에서 검출, 판별, 및 정보전달의 체계를 갖추고 있는 제품에 대한 개발은 아직 미흡하므로 본 연구를 통해 수입되고 있는 식품진단용 키트를 대신할 뿐 아니라 수출시장 또한 기대할 수 있음
- 수출입 통관지, 식품 보세창고, 가공업체, 유통사, 판매업체 및 식당 등 식품이 거쳐가는 다양한 곳에서 실시간으로 식품검사를 실시하여 모니터링 할 수 있게 하는 IoT 센서가 집적된 제품의 판매를 통하여 다양한 곳에서의 수익창출을 기대해 볼 수 있음
- 식품이 가공·유통 중 변질 되었을 때 즉각적으로 유통을 차단하여 향후 발생할 수 있는 국민의 건강을 위협하는 요인을 미리 차단함으로써 국민 건강 증진 및 삶의 질 향상에 기여할 수 있음

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 최종보고서 ... 6
• 목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1-1. 연구개발 개요 ... 8
• 1-2. 연구개발 대상 기술의 국내외 현황 ... 10
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
• 2-1. 연구개발과제의 수행과정 ... 10
• 2-2. 연구과제의 수행내용 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 14
• 1) 연구수행 결과 ... 14
• 2) 목표 달성 수준 ... 61
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 62
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 62
• 2) 자체 보완활동 ... 62
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 63
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 63
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 64
• 끝페이지 ... 65