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과제기본정보

메타오믹스와 나노버블을 이용한 실내공간(대중교통 포함) 내 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거기술 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 22CTAP-C164305-02
국가과학표준분류 1순위 에너지·자원 | None | None 적용분야 환경
2순위 None | None | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 None | None | None 과제유형 응용
과제명 메타오믹스와 나노버블을 이용한 실내공간(대중교통 포함) 내 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거기술 개발
주관연구기관 한국해양대학교산학협력단
총괄연구 책임자 성명 유근제
소속 한국해양대학교산학협력단 직위 조교수
전화번호 051-410-4464 FAX 051-403-3762
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 210,000,000 0 0 0 210,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 바이오에어로졸 마이크로바이옴 정보에 기반한 유해 미생물/유전자 검측 및 진단 기술개발
- 4차 산업혁명과 함께 각광받고 있는 대용량 염기서열 기반의 Meta-omics 기술을 활용하여 실내공간(대중교통 포함) 내 바이오에어로졸의 전체 마이크로바이옴 정보를 획득하기 위한 방법을 확립할 것임
- 본 연구에서는 검측된 유해 미생물/유전자 진단용 고효율 바이오마커(biomarker)를 선정하고, 실내공간(대중교통 포함) 현장에 적용하여 검측 성능을 검증할 계획임.
- 실내공간(대중교통 포함) 바이오에어로졸에서 검측된 유해 미생물/유전자를 대상으로 3세대 디지털 PCR을 수행하여 정량적 데이터를 확보하고, 실시간으로 높은 민감도로 유해성을 진단하기 위한 기술을 개발할 것임
- 최종적으로, 실내공간(대중교통 포함) 바이오에어로졸 전체 마이크로바이옴 정보에 기반하여 유해 미생물/유전자를 고성능으로 검측하고, 유해여부를 신속하게 진단하기 위한 MBT (Molecular Biology Toolkit) 기술을 개발하고자 함

○ 나노버블을 이용한 유해미생물 제거 기술 개발
- 본 연구에서는 나노버블이 갖고 있는 잠재 에너지(부력, 물질전달력, 폭발력 등)를 이용하여 실내공간에서 바이오에어로졸의 효율적인 제거를 위한 최적 생성방법을 확립하고, 이의 적용성 평가를 수행함
- 실내공간(대중교통 포함) 내 바이오에어로졸에서 검측된 유해미생물 DB 기반 대상물질을 선정하고, 이를 효과적으로 제거할 수 있는 나노버블을 활용한 통합 제거 시스템의 개발 및 최적화 연구를 목표로 함

○ 실내공간(대중교통 포함) 내 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거 통합시스템 개발
- 개발된 메타오믹스와 나노버블 기반의 기술을 통해 대중 교통 내 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거 통합 시스템을 제시하고자 함
최종목표 본 연구의 최종목표는 실내공간 내 바이오에어로졸 마이크로바이옴 정보에 기반하여 유해 미생물/유전자 검측 및 진단 MBT 기술 개발하고, 나노버블을 이용하여 유해 바이오에어로졸 제거 기술 개발할 것이다. 개발된 기술을 활용하여, 최종적으로 실내공간(대중교통 포함) 내 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거 통합 시스템 개발하고자 한다.

○ 주관연구개발기관(한국해양대학교 산학협력단)
1) Meta-omics를 활용한 실내공간 내 바이오에어로졸 마이크로바이옴 정보 확보
2) 유해 미생물 및 병원성 유전자 고효율 검측기술 개발
3) 개발된 유해 미생물 검측기술의 진단능력 검증 및 정량화 기술 개발
4) 현장진단용 MBT 기술 개발

○ 공동연구개발기관(한국산업기술시험원)
1) 바이오에어로졸 제거를 위한 나노버블 발생 최적화
2) 나노버블 이용 실험실 규모 바이오에어로졸 제거 시스템 설계
3) 마이크로바이옴 DB 기반 바이오에어로졸 내 유해미생물 대상 선정 및 제거 효율 평가
4) 실험실 규모의 나노버블 이용 바이오에어로졸 제거 시스템 제작 및 성능평가

○ 최종성과
1) 실내공간(대중교통 포함) 내 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거 통합시스템 개발
연구내용 및 범위 ○ 바이오에어로졸 마이크로바이옴 정보에 기반한 유해 미생물/유전자 검측 및 진단 MBT 기술개발
1. Meta-omics를 활용한 실내공간 내 바이오에어로졸 마이크로바이옴 정보 확보
- 국내외 omics 기반 바이오에어로졸 분야의 연구현황 문헌 조사 및 스크리닝
- 철도, KTX, 지하철, 버스 등 실내공간(대중교통 포함) 내 바이오에어로졸 샘플링 설계 및 실시
- 최신 Bioinformatics 기술을 활용한 바이오에어로졸 마이크로바이옴 분석
- 국내 실내공간(대중교통 포함) 내 바이오에어로졸 마이크바이옴 DB 구축
- 국내외 선행연구 결과와 주요 검측결과 비교평가

2. 유해 미생물 및 병원성 유전자 고효율 검측기술 개발
- 바이오에어로졸 마이크로바이옴 내 잠재적 유해 미생물 및 유전자 스크리닝
- target 유전자(병원성/유해성) 선정 및 검측을 위한 primer/probe 디자인
- 선정된 biomarker의 적용성 및 실효성 평가
- Biomarker를 이용한 유해 미생물 및 유전자 정량적 검측 체계 및 방법 설계

3. 개발된 유해 미생물 검측기술의 진단능력 검증 및 정량화 기술 개발
- 마이크로바이옴 정보를 활용한 유해 미생물 검측 최적방법 확립
- digital PCR의 진단능력 비교분석을 통한 성능평가
- target 유전정보를 정량적으로 모니터링할 수 있는 방법 검토

4. 현장 진단용 MBT 기술 개발
- 현장에서 바이오에어로졸의 유해성을 실시간으로 검측하고 진단할 수 있는 MBT 설계
- 실내공간(대중교통 포함) 현장 검증을 통한 MBT 기술의 성능평가
- MBT 기술의 성능 최적화 및 안정적 운영을 위한 조건 및 방법 확립
- 개발된 MBT 기술의 상용화 가능성 검토

○ 나노버블을 이용한 유해 바이오에어로졸 제거 기술 개발
1. 바이오에어로졸 제거효율 향상을 위한 나노버블 생성 최적화 연구
- 국내외 나노버블 기술 기반 바이오에어로졸(유해 미생물) 제거 연구현황 조사
- 나노버블을 이용한 바이오에어로졸 제거 메커니즘 정립
- 나노버블 발생장치 구성요소 및 운영 방식에 따른 최적의 나노버블 발생 운영 조건 도출

2. 나노버블 이용 실험실 규모 바이오에어로졸 제거 시스템 설계
- 나노버블 최적운영 조건을 적용한 바이오에어로졸 제거 시스템 제작 방안 마련
- 실험실 규모의 바이오에어로졸 제거 시스템의 설계안 제시

3. 마이크로바이옴 DB 기반 바이오에어로졸 내 유해미생물 대상 선정 및 이의 제거 효율 평가
- 마이크로바이옴 DB 기반 바이오에어로졸 내 유해미생물 대상 선정
- 나노버블을 이용한 대상 유해미생물 제거 효율 평가

4. 실험실 규모의 나노버블 이용 바이오에어로졸 제거 시스템 제작 및 최적화 연구
- 나노버블 최적운영 방법을 적용한 실험실 규모의 바이오에어로졸 제거 시스템 제작
- 바이오에어로졸 대상 물질의 제거효율 평가

5. 실내공간 내 유해 바이오에어로졸 검측 기술 연계 제거 통합시스템 개발 방안 마련
- 대중 교통 내 유해 바이오에어로졸 검측 기술과 연계한 제거 통합 시스템 개발 방안 도출
- 개발된 나노버블 이용 바이오에어로졸 제거시스템 상용화 가능성 검토

○ 실내공간(대중교통 포함) 내 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거 통합시스템 개발
1. 실내공간(대중교통 포함) 내 바이오에어로졸에서 검측된 유해미생물 DB 기반 대상물질을 선정
2. 실험실 규모의 유해 바이오에어로졸 검측 및 제거 통합 시스템 개발
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 1) 유해 미생물/유전자 정량화를 통한 현장 진단용 MBT 기술 개발
2) 나노버블을 이용한 유해 바이오에어로졸 제거 기술 개발 		○ 실내공간(대중교통 포함) 바이오에어로졸 내 유해 미생물/유전자 정량화
○ MBT 기술 현장 적용성 및 성능평가
○ 실험실 규모 바이오에어로졸 제거시스템 제작
○ 나노버블을 이용한 바이오에어로졸 제거성능평가
연구성과 기술적 기대성과 ○ 바이오에어로졸 내 유해미생물 검측 및 제거를 위한 기술의 성능 및 신뢰성이 향상된 핵심 기술 연구를 통해 대기 중 바이오에어로졸 제거 뿐만 아니라, 수처리 공정 등 다양한 분야에 적용 가능
○ 관련 핵심 장비의 국산화 개발 및 제품의 해외시장 진출과 판로 개척에 활용
○ Machine learning, Deep learning 기술을 bioinformatics 기술과 연계하여 빅데이터 기반으로 유해 미생물의 잠재적 발생 가능성을 예측하고, 환경인자 및 조건과의 상관관계를 파악하여 오염예보 및 조기경보, 오염정화 전략 마련 및 기술개발에 적극적으로 활용
사회 경제적 파급효과 ○ 코로나 19로 인한 세계 경제 위기로 인해 생태계와 자연을 보전하는 '지속가능성'을 토대로 국가 발전 전략을 만드는 것이 세계적인 트렌드가 되고 있으며, 쾌적한 대기환경을 조성을 위한 바이오에어로졸에 대한 연구개발로 미세먼지 통합 대응 및 사각지대 관리 효율성을 증대시킬 수 있음
○ 체계적이고 전문화된 검측 및 제거 기술 확립을 통해 측정분석 및 설비제반업무 등의 신규 일자리 창출 및 관련업계 활성화, 산업구조 개선 효과 기대
○ 양질의 고성능/고효율 설비 보급을 통한 기회 제공 및 경제적 효율성 증대
○ 원천/응용 기술 개발 및 국제 시장 경쟁력 확보
활용방안 ○ 활용계획 : 본 연구에서 개발된 마이크로바이옴 정보를 활용한 유해 미생물 검측 기술 모니터링 방법 및 바이오에어로졸 제거 시스템의 최적화 연계를 통해 통합 검측 및 제거 기술 시스템의 상용화를 위한 후속연구개발을 진행할 것이며, 경제성 있는 결과가 도출될 경우 사업화 추진 예정
- 전 세계적으로 ‘초미세먼지 및 바이오에어로졸’에 대한 사회문제 인식이 높아지면서 공기청정기, 공기조화장치 등 공기산업 관련 시장이 급성장
- 공기산업 시장은 가전 완제품 기업 뿐만 아니라 사출, 금형, 부품 등 다양한 시장주체가 협업으로 호환성을 높여 시장에 유연하게 대처
- 또한, 최근의 공기산업은 4차산업혁명과 연계하여 빅데이터 수집, 분석, 모니터링 등 다양한 산업군에서 시장이 성장 중으로 해당 검측 기술 모니터링 기술 개발을 통한 사업화 가능

○ 활용분야 : 정부 실내공기질관리 정책과 연계하여 본 기술을 이용한 실내공기오염원 모니터링 및 저감 기술로 적용 가능
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 유해 바이오에어로졸 실내공간 메타오믹스 나노버블 대중교통
영문 Pathogenic bioaerosols Indoor space Meta-omics Nano bubble Public transportation
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