차세대 폭발물 감지용 형광 고분자 센서 개발

- 서펙스(SuFEx) 반응 기반 고감도 센서… 방위산업·공공안전 활용 기대

- 수초 내 99% 이상 형광 소광 성능… TLC 기반 현장형 감지 시스템 구현

화학과 배한용, 송창식, 김태연 교수 공동연구팀이 차세대 클릭화학 기술인 서펙스(SuFEx, Sulfur(VI) Fluoride Exchange) 반응을 기반으로 한 고성능 형광 고분자 센서를 개발하였다. 본 센서는 TNT 및 DNT와 같은 대표적 폭발물을 수 초 이내에 99% 이상 감지할 수 있는 뛰어난 형광 소광 성능을 보이며, 기존 센서 대비 월등한 감도와 신속성을 입증했다.

연구팀은 전자 수용체인 폭발물과의 상호작용을 극대화할 수 있는 새로운 고분자 구조(SP 시리즈)를 설계하여 기존 형광 센서의 한계였던 낮은 선택성, 느린 반응속도, 복잡한 합성 과정을 극복했다. 대표적으로 개발된 SP-7 고분자는 육안으로도 식별 가능한 강력한 형광 소광 반응을 유도하며, 실질적인 현장 적용이 가능한 감지 기술로서 주목받고 있다.

특히 연구팀은 얇은층 크로마토그래피(TLC) 기반의 현장형 감지 시스템을 함께 구현하여, 고가 장비 없이도 폭발물 감지가 가능한 저비용 고효율 솔루션으로의 실용 가능성을 입증하였다. 해당 기술은 공공안전, 국방, 테러 대응 등 다양한 분야에서 빠르고 정확한 현장 대응을 가능케 할 것으로 기대된다.

배한용 교수는 “이번 연구는 서펙스 반응과 고분자 센서 기술, 수용액 기반 유기촉매 합성을 통합한 신개념 감지 시스템으로, 자연 모방형 소재 설계와 실용기술을 성공적으로 융합했다”며, “공공안전 및 국방 분야에서 핵심 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

송창식 교수는 “SP 고분자는 우수한 필름 형성력과 높은 형광 효율, 뛰어난 감지 특성을 모두 갖춘 물질로, 실제 현장 센서로 활용될 가능성을 보여주었다”고 전했으며, 김태연 교수는 “SP-7의 전자 이동 효율이 시간-분해 분광학 데이터 및 계산화학적으로 입증되었으며, 이는 기존 감지소재를 뛰어넘는 성능의 근거가 된다”고 설명했다.

본 연구는 우리 대학 화학과와 방위산업체 PNL 글로벌(대표 이종만) 간 공동연구로 진행되었으며, 국방과학연구소(ADD) 미래도전 국방기술 연구개발 사업과 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 소재, 에너지, 의약, 환경 등 첨단 과학기술 분야의 권위 있는 국제학술지 Advanced Science에 2025년 7월 11일자로 게재되었다.

※ 논문명: SuFEx-Enabled Catalytic Synthesis of Fluorescent Organosulfur Polymers for the Rapid Detection of Explosives

※ 학술지: Advanced Science

※ 저자명: (공동 교신저자) 성균관대 배한용, 송창식, 김태연 교수, (공동 제1저자) 이선부 박사과정생, 허재영 석사졸업생, 노승현 박사과정생