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니트로계 화합물 검출을 위한 형광증폭 센서 개발
의학약학 성균관대학교 (2020-11-19)

- 향후 휴대성이 용이한 소형 폭발물 검출 센서 제품 개발에 활용
- 화학분야 학술지 ‘JACS' 11월호 표지논문 게재

 

성균관대 김인수 교수, 안원 박사과정

<성균관대 김인수 교수, 안원 박사과정>


성균관대학교 약학과 김인수 교수 연구팀(공동저자: 안원 박사과정)과 숙명여자대학교 화학과 박정수 교수 및 미국 University of Texas at Austin 화학과 Jonathan L. Sessler 교수 연구팀이 니트로계 폭발성 화합물을 선택적으로 검출할 수 있는 비율계량적 형광 증폭 센서(ratiometric fluorescence amplication sensor)를 개발했다.

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, 항부정맥 치료제(nifedipine) 및 발기부전 치료제(viagra) 등이 알려져 있다. 강한 충격 및 가열에 의해 폭발할 우려가 있으므로 취급 시 주의가 필요한 화합물이다.

연구팀은 형광단-초분자 결합체를 이용한 형광표시자 변위 검색법(fluorescence indicator displacement assay)을 활용하여, 다양한 니트로계 방향족 화합물에 선택적으로 감응할 수 있는 형광 증폭 센서를 세계 최초로 개발하였다. 특히 니트로계 화합물의 종류에 따라 식별 가능한 비율계량적 파장 변화를 검출할 있는 방법을 제시하였다.

기존에 보고된 니트로계 화합물 감지 화학 센서는 발광세기가 단순 감소하는 형광 소광 센서(fluorescence quenching sensor)에 의존하고 있으며, 형광 증폭 센서(fluorescence amplication sensor)에 비해 낮은 감도, 선택성 부족 및 거짓 양성(false positive) 등이 큰 문제점으로 인식되고 있다.

김인수 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(false alarm) 등은 향후 휴대성이 용이한 소형 폭발물 검출 센서 제품 개발에 활용될 수 있을 것이다”라고 설명했다.

이번 연구결과는 Journal of the American Chemical Society(JACS, IF = 14.612) 11월호 표지논문을 장식하였으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실지원사업(BRL) 및 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었다.
 

거대 유기분자(Bz-TTF-C4P)와 형광 발색단인(PDI, perylenediimide)이 결합된 초분자 구조에 NACs(nitroaromatic compounds, 니트로계 폭발성 화합물)을 첨가하면 거대 유기분자가 NACs를 선택적으로 인지하여 신규 초분자 화합물을 형성하고 이후 방출된 형광 발색단이 형광을 나타내는 것을 반응식으로 제시한 그림

○ 그림 윗줄 
  거대 유기분자(Bz-TTF-C4P)와 형광 발색단인(PDI, perylenediimide)이 결합된 초분자 구조에 NACs(nitroaromatic compounds, 니트로계 폭발성 화합물)을 첨가하면 거대 유기분자가 NACs를 선택적으로 인지하여 신규 초분자 화합물을 형성하고 이후 방출된 형광 발색단이 형광을 나타내는 것을 반응식으로 제시한 그림.

 


○ 그림 아랫줄
  잘 알려진 유기 형광 발색단으로 알려져 Rh-6G(rhodamine-6G)를 활용해 동일한 화학반응을 거쳐 Rh-6G로부터 형광이 나오는 것을 검출할 수 있음을 제시한 모식도. 

 

 

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