서정환 교수 연구팀이 글로벌 마약 문제 해결을 위한 혁신적인 기술을 선보였다. 기계공학과 배성국 박사와 서정환 교수는 휴대용 마이크로 가스 크로마토그래피(μGC) 시스템의 핵심 요소인 마이크로컬럼에 이온성 액체 기반 하이브리드 젤을 적용해 마약 물질의 분리 및 탐지 성능을 대폭 향상시키는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구 결과는 "Ionic Liquid-Based Hybrid Gel Microcolumns for Enhanced Narcotic Detection in Portable Micro-Gas Chromatography"라는 제목으로 발표됐다.

현재 마약 분석은 주로 대형 장비를 사용하는 가스 크로마토그래피(GC), 액체 크로마토그래피(LC), 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 등의 기술에 의존하고 있다. 하지만 이러한 방법은 크기, 비용, 전력 소비 문제로 인해 현장에서 사용하기 어렵다.

최근 들어 색상 변화 센서, 전기화학적 센서, LFA(Lateral Flow Assay)와 같은 기술이 개발되었지만, 특정 물질만 선택적으로 감지할 수 있는 한계로 인해 다양한 마약 물질을 탐지하는 데는 효과적이지 못했다. 이를 해결하기 위해 서 교수 연구팀은 μGC 기술을 활용한 휴대용 마약 탐지 장치 개발에 나섰고, 특히 μGC 시스템의 핵심인 마이크로컬럼의 성능 개선에 주력했다.

연구팀은 이온성 액체인 1-Butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate([BMIM][BF4])와 OV-1(dimethylpolysiloxane)을 결합한 하이브리드 젤(i-Hybrid Gel)을 개발해 마이크로컬럼의 정지상으로 활용했다. 이 하이브리드 젤은 다양한 마약 물질 간의 효과적인 분리를 가능하게 하는 동시에 높은 비표면적으로 고정상과 분석 물질 간의 상호작용을 극대화했다.

특히, 순수 이온성 액체의 높은 표면 장력 문제를 극복하여 균일한 표면 코팅을 가능하게 했고, 이를 통해 3미터 길이의 마이크로컬럼에서 7종의 마약 혼합물을 효율적으로 분리할 수 있었다.

서정환 교수는 “이번 연구는 휴대용 μGC 기반 마약 탐지 시스템의 새로운 가능성을 열어주는 중요한 성과”라며 “앞으로 다양한 휴대용 화학 및 가스 탐지 시스템에도 효과적으로 적용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 마약 문제로 인한 사회적 위협에 대응하기 위한 기술적 도전과 성공 사례를 보여주며, 차세대 휴대용 마약 탐지 장치 개발에 중요한 초석이 될 것으로 기대된다.

연구 결과는 세계적인 학술지인 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재되었으며, 우수성을 인정받아 정식 게재 호의 Supplementary cover로 출판되었다.

해당 연구는 서정환 교수팀과 한국화학연구원의 명성 박사팀이 공동으로 수행했으며, 한국연구재단의 나노·소재 기술개발사업의 지원을 받아 진행됐다.

[출판 논문]

Bae, S. K., Kim, S. Y., Kim, Y. S., Myung, S., & Seo, J. H. (2024). Ionic Liquid-Based Hybrid Gel Microcolumns for Enhanced Narcotic Detection in Portable Micro-Gas Chromatography. ACS Applied Materials & Interfaces. 16(48), 66402–66410

[문의사항]

홍익대학교 기계시스템디자인공학과 서정환 교수/gongzone@hongik.ac.kr