초록 ▼

본 연구의 목표는 기존의 실리콘 양자점 합성의 한계를 극복하기 위해 전구체의 변화 및 실리콘 나노입자의 결정성장 온도 등 과 같은 여러 가지 조건들을 변화 시켜서 발광 효율이 높고 크기 선택적인 합성조건을 연구하여 새로운 실리콘 양자점의 합성법을 개발하고 개발된 실리콘 양자점의 표면을 기능성이 있는 화합물로 결합시키는 표면 유도화연구를 수행하고 이를 이용하여 가능성이 있는 응용연구를 시도하는 연구를 수행하였다.
첮째로 실리콘 양자점의 새로운 합성방법의 개발에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구실에서는 여러 가지 전구체를 이용하여

본 연구의 목표는 기존의 실리콘 양자점 합성의 한계를 극복하기 위해 전구체의 변화 및 실리콘 나노입자의 결정성장 온도 등 과 같은 여러 가지 조건들을 변화 시켜서 발광 효율이 높고 크기 선택적인 합성조건을 연구하여 새로운 실리콘 양자점의 합성법을 개발하고 개발된 실리콘 양자점의 표면을 기능성이 있는 화합물로 결합시키는 표면 유도화연구를 수행하고 이를 이용하여 가능성이 있는 응용연구를 시도하는 연구를 수행하였다.
첮째로 실리콘 양자점의 새로운 합성방법의 개발에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구실에서는 여러 가지 전구체를 이용하여 양자효율이 높은 가시영역대에서 발광하는 실리콘 양자점의 새로운 합성법을 개발하였으며 개발된 실리콘 양자점의 반치폭은 현재 90 nm로 좁은 크기 분포도를 가지고 있었으며 반응 조건에 따라 각각 다른 파장대의 발광을 할 수 있는 조건을 개발하였다. 그 결과들은 본문에 요약하였다. 또한 실리콘 양자점의 양자효율 증가에 관한 연구를 수행하여 반응조건에 따른 양자효율의 증가를 관찰하였으며 양자효율이 최대 약 60% 까지 증가 한다는 사실을 발견하였다. 양자효율의 증가는 실리콘 양자점에 있어 입자 내부 및 표면에 결함을 최소화한 실리콘 단결정으로서 이를 증명하기 위해 고분해능 TEM을 이용하여 조사하였고 청색 발광을 하는 실리콘 양자점의 경우 그 크기가 2-3 nm 정도이며 주황색을 발광하는 실리콘 양자점은 그 크기가 약 5 nm 이며 PL life-time은 12 ns입을 알 수 있었다. 아직 조금 더 실리콘 양자점에 대한 기초 데이터를 얻어야 하지만 본 연구결과는 아직 보고된 바 없으므로 매우 우수한 연구 결과라 판단된다. 반응 조건에 따른 실리콘 양자점의 결정성장 방향이나 경정성장 메커니즘을 연구하였다. 얻어진 실리콘 양자점 결정성장은 반응온도와 매우 밀접한 관계가 있음을 알았으며 전구체의 변화에 따라 또는 반응온도 등과 같은 조건의 변화에 따라 결정이 각기 다른 방향으로 성장된다는 결과를 얻었음. 성장된 실리콘 나노입자의 HRTEM 사진으로 실리콘의 < 110> 면으로 성장하여 250 nm 크기의 큐빅 모양의 실리콘 나노입자를 얻었으며 다른 반응 조건에서는 실리콘의 < 111> 면으로 성장하여 사면체 구조를 갖는 다는 결과를 얻었으며 이와 같은 결과 역시 아직 보고된바 없는 우수한 연구결과라 사료됨.
두 번째로 실리콘 나노입자의 표면 기능화에 관한 연구를 수행하였다. 본 연구팀은 실리콘 양자점은 산화가 되면서 그발광효율이 감소하기 때문에 실리콘 양자점의 산화에 대하여 알아보기 위해 실리콘 양자점 굴절률의 변화를 측정하여 우수저널에 투고한 바있다. 따라서 실리콘 양자점의 산화 방지 및 발광효율의 증가를 위해 다양한 형태의 연구를 수행하였다. 실리콘 양자점을 이용하여 fluorescence resonance energy transfer(FRET)을 통한 발광효율을 극대화시키기 위한 연구를 수행하기위하여 광포집형 유기 fluorephore를 유/무기 core-shell 형태의 실리콘 양자점을 합성하는 연구를 수행하였다.
셋째로 기능성 실리콘 나노입자를 이용한 응용연구를 수행하였다. 기능성 실리콘 나노입자를 이용한 응용연구를 수행하기 위하여 one-pot 합성법을 이용한 실리콘 양자점을 함유한 약물전달체를 합성하는 방법을 개발 하였으며 이에 대한 약물 전달 효능을 측정하여 결과를 얻었다. 약물은 유방암을 치료하는 CPT를 이용하였으며 약물을 함유하고 있는 실리콘 양자점의 합성방법과 합성된 DDS용 실리콘 양자점의 HRTEM 사진과 이 약물전달체를 이용한 세포독성을 실험한 결과를 얻었다. 실험결과 합성된 실리콘 양자점 약물 전달체는 유방암 세포에 매우 우수한 항암 효과를 보였으며 실리콘 양자점 자체는 생체세포에 독성이 없음을 알았으며 다른 폐암세포에는 항암 효과가 없다는 결과를 얻어 우수한 논문에 게재하기 위하여 현재 좀더 많은 결과를 도출하기 위해 아직 연구를 수행하고 있다. 또한 실리콘 양자점표면에 biotin을 결합시켜 avidin이나 streptavidin등의 바이오센서로의 가능성에 대한 연구를 수행하였으며 그 결과를 투고하였으나 아직 조금더 정밀한 데이터를 추가할 것을 심사 받아 현재 그 연구에 대한 마무리 연구를 수행 중에 있다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7