나노기술 및 정책 정보

• 목록

공항검사소이든 현장 테러조사이든, 화학화합물인 폭발물 추적탐지에는 일반적으로 이러한 화학물질에서 증기 또는 입자샘플을 수집하고 민감한 센서시스템을 사용하여 분석하는 작업이 포함됨. 폭발추적감지(ETD, Explosive Trace Detection)는 어려운 작업임. 이름에서 알 수 있듯이 '트레이스'는 육안으로 보기 어려운 물질의 양을 의미합니다. ETD에서 이 양은 1mg 미만으로 간주 됨. 폭발물로 사용할 수 있는 다양한 화합물, 방대한 수의 배치수단, 높은 감도와 선택성을 모두 제공하는 저렴한 센서의 부족과 같은 여러 가지 요인으로 인해 추적감지는 복잡하고 비용이 많이 드는 작업이 되었음.

대부분의 미립자 샘플링은 샘플링 막대를 사용하여 이루어짐. 샘플링은 또한 폭발물의 흔적을 포함할 가능성이 가장 높은 영역을 선택하기 위해 보안요원의 직관이 필요함. 대부분 폭발물의 증기압이 매우 낮기 때문에 증기 샘플링은 훨씬 더 어려움. 상황을 더욱 복잡하게 만드는 것은 운영환경에도 어려움이 있음. 승객심사에는 빠른 분석시간, 낮은 오경보율 및 최소한의 중단을 갖춘 기술이 필요함. 화물은 일반적으로 보호재료로 포장되어 효율적인 샘플링을 제한할 수 있음. 수하물 검사는 물류문제를 제기함. 모든 경우에 양성물질의 간섭이 발생하여 오탐지경보를 유발할 수 있으므로 기술을 엄선해서 사용해야 함. 놀랍게도 동물은 높은 선택성, 감도, 여러 분석물질의 동시탐지 및 빠른 스크리닝 시간과 같은 주요 특성을 가진 새로운 기술의 벤치마크로 여겨지고 있음. 동물의 탐지능력은 오늘날 사용되는 많은 기술을 훨씬 능가하므로 폭발물 탐지에 동물이 계속해서 필요함. 생물학적 시스템의 주요 장점 중 하나는 관심 있는 여러 분석물을 실시간으로 동시에 감지하는 것임. 이는 통합 감지기술로도 달성하기 어려운 작업임. 폭발물 탐지에 사용되는 동물 시스템의 예로는 개, 쥐, 꿀벌, 돼지 등이 있음.

유니버시티 칼리지 런던(University College London) 연구팀이 무기 및 유기반도체 나노입자, 탄소나노튜브, 그래핀, 금속유기프레임워크(MOF) 및 양자점을 사용하는 ETD 플랫폼을 조사함. 나노구조재료는 검출을 위한 높은 표면적을 제공하며 고유한 전기적, 광학적, 촉매적, 자기적 및 기계적 특성을 활용하여 선택성을 달성할 수 있음. 나노물질 및 MEMS 기반 센서 외에도 최신 개발과 함께 자세히 설명되고 논의되는 기술은 IMS (Ion Mobility Spectrometry), 색상변화키트 및 라만분광법 등이 있음. 대부분의 현장시스템은 몇 분의 샘플링 시간을 가지며 이는 저자가 검토한 많은 새로운 기술에서도 관찰되었음. IMS는 전반적인 감도, 선택성 및 분석 시간이 초 단위로 우수하므로 ETD 분야의 핵심기술로 남아 있음. 그러나 현재의 IMS 시스템은 분자지문 및 기능그룹 정보를 제공할 수 있는 라만 및 흡수/방출 분광법과 같은 분광 방식에 비해 분자선택성이 부족함. 이는 폭발성 이온과 유사한 이동성을 가진 물질에서 생성된 이온이 잘못된 양성반응을 유발할 수 있으며 이러한 간섭에는 오일, 크림, 향수 및 약물이 포함됨.

연구팀은 검토를 마치면서 나노물질이 미래 ETD 기술개발에 중요한 역할을 할 가능성이 높다고 지적함. 그래핀 및 양자점과 같은 가스감지 분야에서 상당한 발전이 이루어졌고 일부 시스템은 저농도의 여러 종류의 폭발물을 감지할 수 있는 수준에 도달했음. SERS는 플라즈몬 및 비플라즈몬 나노입자의 특성을 개선하는 개발을 통해 계속해서 활발히 연구되고 있는 영역이 되고 있음.

본 연구 성과는 ‘ ACS Nano’ ("Recent Developments in the Field of Explosive Trace Detection") 지에 게재됨