니트로계 화합물 검출 위한 형광증폭 센서
니트로계 화합물 검출 위한 형광증폭 센서
  • 함예솔
  • 승인 2020.11.27 23:55
  • 조회수 1134
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성균관대학교 약학과 김인수 교수 연구팀)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 세계 최초로 개발했습니다. 해당 연구는 'Journal of the American Chemical Society'에 게재됐습니다. 

 

니트로계 방향족 화합물, 선택적으로 감응할 수 있는 센서

 

니트로계 화합물은 대기 중의 산소 없이도 급속하게 기체를 발생시키면서 발열적으로 반응하는 폭발성 물질로 알려져 있습니다. 대표적인 폭발성 물질로는 트리니트로톨루엔(TNT) 및 니트로메탄 등이 있으며, 현재 화약을 비롯한 폭발물 제조를 위한 기본 원료로 사용하고 있습니다. 또한 니트로계 화합물은 의약품 제조 공정에서도 사용하고 있으며, 항부정맥 치료제(nifedipine) 및 발기부전 치료제(viagra) 등이 알려져 있습니다. 강한 충격 및 가열에 의해 폭발할 우려가 있으므로 취급 시 주의가 필요한 화합물입니다.

 

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

거대 유기분자(Bz-TTF-C4P)와 형광 발색단인(perylenediimide)이 결합된 초분자 구조에 NACs(니트로계 폭발성 화합물)을 첨가하면 거대 유기분자가 NACs를 선택적으로 인지하여 신규 초분자 화합물을 형성하고 이후 방출된 형광 발색단이 형광을 나타내는 것을 반응식으로 제시한 그림과 Rh-6G(rhodamine-6G)를 활용해 동일한 화학반응을 거쳐 Rh-6G로부터 형광이 나오는 것을 검출할 수 있음을 제시한 모식도.  출처: 성균관대학교
거대 유기분자(Bz-TTF-C4P)와 형광 발색단인(perylenediimide)이 결합된 초분자 구조에 NACs(니트로계 폭발성 화합물)을 첨가하면 거대 유기분자가 NACs를 선택적으로 인지하여 신규 초분자 화합물을 형성하고 이후 방출된 형광 발색단이 형광을 나타내는 것을 반응식으로 제시한 그림과 Rh-6G(rhodamine-6G)를 활용해 동일한 화학반응을 거쳐 Rh-6G로부터 형광이 나오는 것을 검출할 수 있음을 제시한 모식도. 출처: 성균관대학교

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 있습니다.

김인수 교수. 출처: 성균관대학교
김인수 교수. 출처: 성균관대학교

 

 

 

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 설명했습니다.


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