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Jun 15, 2023

탄소 양자점/종이의 유체 흐름 영향을 극복하는 새로운 기술

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17861(2022) 이 기사 인용 1638 액세스 1 인용 1 Altmetric Metrics 세부 정보 종이 기반 분석 장치는 신속한 테스트를 위한 유망한 선택입니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17861(2022) 이 기사 인용

1638 액세스

1 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

종이 기반 분석 장치는 신속한 테스트 및 랩온칩 감지 기술을 위한 유망한 선택입니다. 반면, 탄소 양자점(CQD)은 빠르고 비용 효과적인 그램 규모 합성 기술과 매우 높고 안정적인 광발광(PL) 특성으로 인해 산업적으로 유망한 생체 적합성 나노 물질입니다. 1년 이상 내구성이 있고 신뢰할 수 있습니다. 그러나 PL이 분석물 유체 흐름과 함께 CQD 흐름에 영향을 받지 않는 방식으로 셀룰로오스 종이에 CQD를 포집하는 데 제한이 있어 매우 낮은 농도의 액체 분석물에서 센서의 정확도가 떨어집니다. 따라서 이 연구에서는 종이의 3D 결정질 매트릭스 내부에 CQD를 포획하기 위한 폴리비닐 알코올/알칼리 기반 방법이 체계적으로 생성 및 개발되었으며, 이는 간단한 드롭 앤 검출 방법을 위한 프로브로 직접 사용할 수 있습니다. . 개념 증명으로, 셀룰로오스 종이에 N/P 도핑된 CQD를 사용하여 약 100ppb의 Hg2+ 흔적을 식별하는 형광 종이 기반 분석 장치를 만들었습니다. 설계된 센서는 잠재적인 산업 응용 분야에 대해 장기간에 걸쳐 내구성과 기능을 연구하기 위해 수개월에 걸쳐 테스트되었습니다.

탄소 양자점(CQD)은 중요한 광발광(PL) 특성, 빠른 그램 규모 합성 기술, 생체 적합성 및 표면 기능화 용이성으로 유명한 나노물질의 한 종류입니다. 이들은 크기, 가장자리 구성, 화학 구조 및 헤테로원자 도핑과 같은 크기에 따라 다양한 파장을 방출할 수 있으며 일반적으로 몇 달 동안 지속됩니다1. 이 기능을 통해 CQD는 환경적으로나 생물학적으로 중요한 다양한 분석물질의 간편한 혼합 및 검출 분석 모니터링을 위한 유망한 프로브가 됩니다.

반면에 폴리머는 일상생활에서 다양한 용도로 사용되는 재료입니다. 폴리머와 CQD의 세계는 다양한 방식으로 서로 만납니다. 폴리머는 CQD 합성 과정에서 전구체로 사용될 수 있고, 표면 변형 도구로 사용될 수도 있고, CQD를 수용하고 형광 복합체를 만들기 위한 지지 매트릭스로 사용될 수도 있습니다. 최근 몇 년 동안 CQD는 바이오 이미징 및 약물 전달 또는 항암제 및 상처 치유 패치와 같은 생물학적 응용부터 탐지, 슈퍼커패시터와 같은 비생물학적 응용에 이르기까지 다양한 응용을 위해 폴리머 매트릭스 및 폴리머 젤에 점점 더 많이 활용되었습니다2,3,4 , 전기촉매 및 발광 다이오드5,6,7,8,9.

천연 고분자 중에서 셀룰로오스 여과지는 일반적으로 CQD 또는 기타 기능성 게스트 물질을 기반으로 하는 다양한 감지 및 분리 장치를 만드는 데 활용되는 유망한 지지체로 간주됩니다. 이들은 적절한 다공성, 생분해성, 유연성뿐만 아니라 넓고 자연스럽고 흰색의 표면적을 갖고 있어 공학적 특성을 지닌 셀룰로오스 소재로 기능화될 가능성을 제공합니다10. 또한 셀룰로오스는 화학적으로 불활성인 고분자입니다. 따라서 천연 고분자는 다른 고분자, 나노 입자, 단백질, DNA 및 소분자와 같은 호스트와 게스트 사이의 상호 작용이 없을 것으로 예상하면서 다양한 기능성 물질의 고정화를 호스팅할 수 있습니다. 따라서 형광 신호 판독을 기반으로 다양한 질병 바이오마커 및 환경 오염에 대한 광범위한 자극 반응형 스마트 센싱 및 모니터링 플랫폼이 달성될 것으로 기대됩니다.

친수성 셀룰로오스 또는 니트로셀룰로오스 기반 장치의 개발은 휴대용 및 현장 진료 의료 진단 시스템에 대한 증가하는 요구를 충족하기 위해 10년도 채 되지 않아 시작되었습니다. 종이 기반 분석 장치(PAD)는 사용하기 쉽고 전문가가 아닌 사용자에게도 친숙하며 조정 가능한 분석 성능을 가질 수 있습니다. 이러한 장치는 일반적으로 CQD를 보유하는 일부 친수성 종이 감지 풀로 구성됩니다. 추가 이점으로 CQD가 PAD 내부에 내장되면 CQD를 천연 고분자 지지체 구조에 고정화하면 응집 유발 형광 소멸을 방지하여 PL 향상에 기여합니다. 그러나 검출 감도는 여전히 개선이 필요한 중요한 요소입니다. 종이에 CQD 방울을 건조시켜 CQD-PAD를 만들면 형광 지점에 물을 떨어뜨리면 센서의 형광 신호가 영향을 받습니다. 이러한 현상은 종이 위의 CQD가 적하된 블랭크 샘플의 흐름에 따라 이동하여 더 어두운 영역을 만들기 때문에 관찰됩니다. 따라서 낮은 농도에서 보다 정확한 결과를 얻으려면 액체 샘플의 흐름과 함께 미끄러지는 것을 방지해야 합니다.