본문 바로가기주요메뉴 바로가기

주메뉴

IBS Conferences
초분자화학 기반 고감도 휴대용 마약 센서 개발 게시판 상세보기

초분자화학 기반 고감도 휴대용 마약 센서 개발

- 필로폰 등 암페타민 계열 마약 감지, 기존 분석기 보다 만 배 정밀 -

암페타민 계열 마약1)은 강력한 중추신경 흥분제로 합성이 쉽고 저렴해 불법 유통이 늘고 있다. 최근 주의력결핍과잉행동장애(ADHD) 치료제인 ‘애더럴’은 국내 판매 허가가 나지 않았음에도 집중력을 높이는 약으로 알려져 운동선수부터 수험생에 이르기 까지 사회전반에 침투하고 있다.

현재 마약 검출은 면역분석기나 질량분석기 등의 값비싼 대형 장비가 동원된다. 정확도가 높지만 전처리2) 과정이 복잡하고 결과를 얻는데 수 시간에서 하루이상 소요된다. 휴대용 마약 분석기는 1 ppm3)이하의 농도는 검출이 어렵다.

기초과학연구원(IBS) 복잡계 자기조립 연구단(단장 김기문) 연구진과 포스텍 화학공학과 오준학 교수 연구진은 극미량의 샘플로도 암페타민 계열의 마약을 검출하는 고감도 휴대용 마약 검출 센서(이하 마약 센서)를 개발했다. 상용화로 이어질 경우 음주단속처럼 간단하게 마약 단속이 이뤄질 전망이다.

마약 센서는 소변이나 땀 또는 침 한 방울이면 초미량의 마약을 신속하고 정확하게 검출한다. 센서의 크기는 1.5㎝×3.5㎝(가로×세로)에 불과하며, 휴대가 간편한 스마트밴드 형태로도 만들었다. 스마트폰과 연동하여 검출 결과를 실시간으로 확인할 수 있다.

연구진은 유기반도체4) 소자에 분자인지5)를 적용하는 획기적인 방법을 고안했다. 유기반도체 소자 표면에 암페타민 계열 마약 분자를 선택적으로 인지하는 쿠커비투[7]릴(cucurbit[7]uril, 이하 쿠커비투릴6))의 분자층을 3~4겹 코팅하는 방식이다. 만약 암페타민 분자가 쿠커비투릴과 결합하면, 쿠커비투릴의 전하 배치가 미세하게 바뀐다. 반도체 소자는 이에 민감하게 반응해 전기 신호를 내보내며, 신호의 세기는 암페타민 분자의 농도에 비례한다.

마약 센서의 민감도는 물의 경우 0.1 ppt3), 소변의 경우 0.1 ppb3)의 농도로 기존 휴대용 분석기가 소변에 반응하는 것보다 만 배 이상 높다. 분자인지에 기반해 필로폰이나 엑스터시와 같은 암페타민 계열 마약은 모두 검출한다. 화학구조를 일부 변형시킨 변종마약에도 빠르게 대응해 맞춤형 센서를 제작하기 쉽다. 연구진은 이 연구로 확보한 기술로 환경호르몬이나 독성·위험 물질을 감지하는 센서 제작에 나설 예정이다.

김기문 IBS 복잡계 자기조립 연구단 연구단장은 “마약 검출 방식의 패러다임을 바꿀 연구결과로 학계를 넘어 사회 전반에 영향을 미칠 것으로 보인다”고 말했다. 공동교신저자인 오준학 포스텍 교수는 “수용액 환경에서도 안정적으로 전기가 흐르는 유기 트랜지스터와 분자인지의 완벽한 결합으로 고감도 마약 센서 제조 원천기술을 확보했다”고 밝혔다.

본 연구는 IBS와 과학기술정보통신부 글로벌프론티어사업 ‘나노기반 소프트일렉트로닉스 연구단’의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 국제학술지 Cell의 자매지인 Chem 온라인판에 우리시간 9월 29일 공개되었다.


▲ [그림 1] 쿠커비투[7]릴 속에 암페타민(좌)과 필로폰(우) 분자가 들어와 결합한 결정 구조.암페타민과 필로폰이 각각 쿠커비투[7]릴에 결합한 분자 구조로, 연구진은 엑스선(X-ray) 결정구조분석으로 이를 확인했다. 각각의 분자가 쿠커비투[7]릴 분자에 들어가 단단히 고정되어 있음을 확인할 수 있다. 암페타민과 필로폰은 눈에 띄게 표현했으며, 각각의 색깔이 나타내는 원소는 다음과 같다. 파랑: 질소, 빨강: 산소. 회색: 탄소, 흰색: 수소.


▲ [그림 2] 암페타민 계열 마약 검출용 무선 센서의 구성 사진(좌) 및 스마트밴드 타입으로 제작된 휴대용 센서(우).(좌) 마약 센서는 쿠커비투[7]릴이 코팅된 유기반도체 소자와 충전지 및 무선 안테나가 포함된 인쇄회로기판으로 구성된다. 스마트폰 어플리케이션을 통하여 마약 검출 센서의 신호를 실시간으로 확인할 수 있다. (우) 좌측의 센서 구성품들을 스마트밴드 타입으로 제작하였으며, 현장에서도 샘플 한 방울로 실시간 검출이 가능하다.


▲ [그림 3] 암페타민 계열 마약 센서의 작동 원리 도식화. 유기반도체 소자 표면에 암페타민 계열 마약을 선택적으로 감지하는 쿠커비투[7]릴 분자가 코팅되어 있고, 이 분자와 마약이 결합을 하여 생긴 전류변화가 안테나를 통하여 외부 장치로 전달됨을 도식화했다.

1) 암페타민 계열 마약(암페타민, 필로폰, 엑스터시 등)은 합성이 쉽고 저렴하여 헤로인이나 코카인 등을 빠르게 대체하며 최근 대마와 더불어 세계에서 가장 많이 남용되고 있는 마약이다.

2) 샘플 속에 있는 마약을 정확히 검출하기 위해 불순물을 제거하고 순도를 높이는 작업. 원심분리, 크로마토그래피 등을 이용해 정제한다.

3) 농도의 단위. ppm = 백만분의 일, ppb = 십억분의 일, ppt = 일조분의 일

4) 주로 탄소 기반 화합물로 이루어진 반도체 물질이다. 기존 실리콘 기반의 무기 반도체 보다 속도 등 성능이 떨어지지만 유연성, 경량성, 다양성, 저비용 등의 장점 때문에 최근 활발히 연구되고 있다. 연구진은 수용성 환경에서도 반도체의 성질이 정상적으로 유지되는 유기반도체를 이용해 마약 센서를 만들었다.

5) 분자들이 서로 짝을 알아보고 합쳐지는 것으로 수소결합, 소수성 상호작용, 반데르발스 힘 등과 같은 약한 상호작용으로 인해 발생한다. 이번 연구에서는 쿠커비투릴과 암페타민 분자간의 분자인지 현상을 이용하였다.

6) 호박 모양으로 생긴 속이 비어있는 고리형 화합물이다. 친수성의 입구와 소수성의 텅빈 내부가 존재하며, 분자인지 현상을 통하여 특정한 화합물과 결합하여 초분자를 형성한다. 이와 같이 분자간 약한 상호작용을 통하여 형성된 작은 분자들이 모인 거대 분자집합체를 ‘초분자’라 칭하며, IBS 복잡계 자기조립 연구단은 김기문 연구단장을 중심으로 세계 최정상급 초분자화학 연구를 견인하고 있다.

Center for Self-assembly and Complexity (복잡계 자기조립 연구단)

Publication Repository
김기문
김기문(Kim, Ki Moon) 이메일 보내기 복잡계 자기조립 연구단 Publications
황일하
황일하(Hwang, Ilha) 이메일 보내기 복잡계 자기조립 연구단 Publications
  • [메디컬투데이] 음주 단속처럼 간단히 감지하는 휴대용 마약 센서 개발
  • [경북도민일보] 땀 한방울로 마약 단속… 휴대용 센서 개발
  • [세계일보] 음주단속처럼 간단한 마약 검출 센서 개발
  • [중도일보] 한 방울 땀으로 '마약' 탐지한다
  • [연합뉴스] "땀 한 방울로 마약 찾아낸다" 휴대용 마약 센서 개발
  • [뉴스1] '다이어트 약' 등 마약 검출 고감도 휴대용 센서 개발
  • [전자신문] IBS, 유기반도체 활용 휴대용 마약센서 개발
  • [헤럴드경제] 극미량의 마약도 정확히 탐지…휴대용 마약 센서 개발
  • [공감신문] IBS 휴대용 마약센서 개발...‘마약단속, 음주단속처럼 쉬워져‘
  • [YTN사이언스] 땀 한 방울로 마약 단속…휴대용 센서 개발
  • [금강일보] 마약단속도 음주단속처럼 쉬워진다
  • [TBC대구방송] 휴대용 마약분석기 개발
  • [국민일보] 음주 측정처럼 마약 투약 검사… 기초과학연·포스텍, 휴대용 센서 개발
  • [충청투데이] 땀 한방울로 마약단속…IBS 고감도 휴대용 센서 개발
  • 만족도조사

    이 페이지에서 제공하는 정보에 대하여 만족하십니까?

    콘텐츠담당자
    대외협력실 : 김한섭   042-878-8186
    최종수정일 2017-11-15 02:43