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- 본 기술은 다양한 해양자원 기반의 탄소양자점 및 그 제조방법에 관한 것임
- 본 기술에 따른 탄소양자점은 친환경적이고 한번의 반응으로 대량의 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)을 제조할 수 있고, 파장변화에 따른 다양한 색상을 나타낼 수 있어 이미징 프로브 개발에 유용하게 사용될 수 있음

- 본 기술에 따른 탄소양자점 제조방법은 친환경적이며 Bottom-up 방식을 기반으로 하여 Top-down 방식에서 요구되는 전처리 과정이 없이 고온을 가하는 탄화를 통한 합성이 가능하기 때문에 한번의 반응으로 대량의 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)을 제조할 수 있음

- 본 기술에 따라 제조한 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)은 파장 변화에 따른 다양한 색상을 나타내어 다양한 형광색을 갖는 이미징 프로브 개발에 사용될 수 있으며, 생물체에 독성을 나타내지 않아, 세포 또는 생체 발광 실험에 유용하게 사용될 수 있음

- 일반적으로 양자점은 우수한 광, 전기적 특성 및 내구성을 보이지만 독성이 있고 비싼 중금속 원료와 고온의 합성 공정을 필요로 한다는 단점이 있음, 이에 기존의 양자점을 안전하고 경제적인 물질로 합성하기 위한 연구가 진행되고 있으며 최근 탄소 기반의 양자점(carbon dot)을 합성하는 연구가 크게 주목 받고 있음

- 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)은 수 nm 크기의 탄소나노입자이며, 입자 크기에 따라 다른 색깔을 띠고, 발광 파장이 달라지는 등 양자점의 특성을 가지고 있다. 유기물 기반의 비정질 탄소나노소재로서 기존과 동일한 광발광(또는 광루미네선스) (Photoluminescence) 및 반도체적 특성을 갖고 있어, 바이오 이미징, 바이오센서, 발광다이오드(LED, light emitting diode), 광촉매, 유기태양전지 등과 같이 많은 분야에서 무기계 양자점의 대안으로 다양하게 응용가능함

- 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)의 제조방법으로 흑연 등을 화학적으로 잘게 부수어 얻는 조각에서 탄소 양자점을 분류하는 산화법 등의 탑다운(top-down) 방식이 주로 사용되었는데, 탑다운 방식은 균일한 크기의 입자를 얻기 위하여, 상당한 에너지를 가해주거나 몇단계의 절차를 거쳐야 한다는 점과 중금속 기반 양자점과 비교해 양자수득률(quantum yield)이 낮다는 문제가 있음

- 본 기술은 상기의 문제점을 해결하기 위한 탄소양자점 제조방법을 제공하고, 처음으로 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)의 탄소원으로 해양생물인 잎파래, 청각, 해흥나물, 바위두둑 및 괭생이모자반을 활용하여 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)을 제조하였음

- 기존의 합성된 유기물을 이용한 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)의 경우 표면에 안정적인 작용기를 형성하기 위해서 별도의 패시배이션 과정 혹은 암모니아와 같은 독성 용액 혹은 기타 작용기 형성을 위한 물질이 필요하지만 본 기술에 따른 제조방법으로 제조된 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)은 별도의 작용기 추가를 위한 첨가제가 필요 없거나 절차가 최소화될 수 있기 때문에 제조방법이 간단함

- 본 기술에 따른 제조방법으로 제조된 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)은 정제된 단일 유기물 기반의 일반적인 탄소양자점과 달리 해양생물을 구성하는 유기혼합물을 활용하기 때문에 모양 및 크기에서 다소 차이점을 보이지만, 넓은 범위에서 여러 크기의 입자가 혼재되어 존재하고 있는 상태로 합성되어 광학적 특성이 다양하게 나타남

- 본 기술에 따른 제조방법으로 제조된 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)은 일반적인 형광물질과 달리 파장 변화에 따라 다양한 색상을 나타낼 수 있어 다양한 색을 필요로 하는 이미징 프로브 개발에 유용하게 사용할 수 있음, 특히, 천연물질 유래로 독성이 없기 때문에 세포 독성이 없어 바이오 이미징 분야에 널리 사용될 수 있음

탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷) 제조방법
1) 해양생물 분산액을 제조
2) 상기 분산액을 180~240℃ 에서 3~5시간 동안 수열반응을 수행하여 탄화
3) 탄화단계를 거친 용액을 원심분리하여 고형물을 걸러내고 상층액을 수집
4) 삼층액을 멤브레인으로 여과
5) 여과물을 투석하여 탄소양자점 용액을 수득

해양생물 기반의 다양한 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷) 제조
상기 방법의 제조방법을 통해 해양생물인 잎파래, 청각, 해흥나물, 바위두둑 및 괭생이모자반 기반으로 다양한 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)을 제조 가능함

해양생물 기반 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)의 광학적 특성 평가
- 하기 그림과 같이 해양생물 기반의 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)은 excitation 파장에 따라 다양한 색상이 나타남

- 하기 그림과 같이 해양생물 기반의 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)을 생물모델(제브라피쉬) 생체 내에 주입했을 때 장기 내부 형광발현을 통해 바이오이미징 프로브로써의 활용가능성을 확인

해양생물 기반 탄소양자점(탄소나노점, 탄소나노닷)의 자외선 차단 효과
- 해양두둑 기반 탄소양자점-PVA 필름을 제조하여 자외선 차단효과를 평가함
- 자외선을 조사하면 파란색으로 변하는 폴리다이아세틸렌 용액에 상기 탄소양자점-PVA 필름을 부착한 후 자외선을
조사하였을 때 자외선이 차단되어 색이 변하지 않는 것을 확인함