성균관대 김인수 교수 연구팀, 니트로계 화합물 검출 위한 형광증폭 센서 세계최초 개발
성균관대 김인수 교수 연구팀, 니트로계 화합물 검출 위한 형광증폭 센서 세계최초 개발
  • 장원주 기자
  • 승인 2020.11.19 10:59
  • 댓글 0
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향후 휴대성 용이한 소형 폭발물 검출 센서 제품 개발에 활용
화학분야 세계적 학술지 ‘JACS' 11월호 표지논문 게재
성균관대 약학과 김인수 교수. 사진=성균관대

[대학저널 장원주 기자] 그동안 비아그라와 같은 발기부전 치료제 등 한정된 분야에서만 활용됐던 니트로계 화합물의 활용 폭을 획기적으로 넓힌 신(新)기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 이 기술을 통해 휴대가 간편한 소형 폭발물 검출 센서 개발 등 산업적 활용도가 주목받고 있다.

성균관대(총장 신동렬) 약학과 김인수(사진) 교수 연구팀(공동저자: 안원 박사과정)은 숙명여대 화학과 박정수 교수 및 미국 텍사스대 오스틴캠퍼스 조나단 새슬러 교수 연구팀과 니트로계 폭발성 화합물을 선택적으로 검출할 수 있는 비율계량적 형광 증폭 센서를 세계 최초로 개발했다고 19일 밝혔다.

비율계량적이란 환경 변화를 감지하기 위해 2개 이상의 파장을 활용해 방출 스펙트럼을 측정하는 방법이다. 일반적으로 산도(pH), 극성, 점도 또는 이온 농도 등의 특정 환경매개 변수에 민감한 특수 센서를 사용해 측정할  수 있다. 형광 증폭은 형광 발색단을 활용해 방출된 형광 발색단의 형광 신호가 증폭되는 것을 측정하는 기술이다.

니트로계 화합물은 대기 중의 산소 없이도 급속하게 기체를 발생시키면서 발열적으로 반응하는 폭발성 물질로 알려져 있다. 대표적인 폭발성 물질로는 트리니트로톨루엔(TNT) 및 니트로메탄 등이 있으며 현재 화약을 비롯한 폭발물 제조를 위한 기본 원료로 사용하고 있다. 

또한 니트로계 화합물은 의약품 제조 공정에서도 사용하고 있으며 니피테핀과 같은 항부정맥 치료제 및 비아그라로 대표되는 발기부전 치료제 등이 알려져 있다. 강한 충격 및 가열에 의해 폭발할 우려가 있으므로 취급 시 주의가 필요한 화합물이다.

연구팀은 형광단-초분자 결합체를 이용한 형광표시자 변위 검색법을 활용해 다양한 니트로계 방향족 화합물에 선택적으로 감응할 수 있는 형광 증폭 센서를 세계 최초로 개발했다. 특히 니트로계 화합물의 종류에 따라 식별 가능한 비율계량적 파장 변화를 검출할 있는 방법을 제시했다. 

기존에 보고된 니트로계 화합물 감지 화학 센서는 발광세기가 단순 감소하는 형광 소광 센서에 의존하고 있어 형광 증폭 센서에 비해 낮은 감도, 선택성 부족 및 거짓 양성 등이 큰 문제점으로 인식되고 있다.

김 교수는 “이번 연구결과는 소량의 폭발성 니트로계 화합물을 선택적으로 검출할 수 있는 신기술의 개발”이라며 “특히 육안으로 판별이 가능한 형광 증폭 기술 및 낮은 거짓 정보  등은 향후 휴대성이 용이한 소형 폭발물 검출 센서 제품 개발에 활용될 수 있을 것이다”고 설명했다.

이번 연구결과는 화학분야 세계적 학술지 JACS 11월호 표지논문을 장식했으며 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실지원사업(BRL) 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.


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