보고서 정보
주관연구기관 |
인하대학교 InHa University |
연구책임자 |
박성진
|
참여연구자 |
한승우
,
김현철
,
김상욱
,
이태우
,
김우연
,
장진호
,
김동욱
|
보고서유형 | 1단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2020-08 |
과제시작연도 |
2020 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
과제관리전문기관 |
한국연구재단 National Research Foundation of Korea |
등록번호 |
TRKO202100014863 |
과제고유번호 |
1711117180 |
사업명 |
미래소재디스커버리지원(R&D) |
DB 구축일자 |
2021-10-02
|
키워드 |
닉토젠.카본 닉타이드.발광.생체 친화.계산과학.Pnictogen.Carbon pnictides.Luminescence.Biocompatibility.Theoretical calculation.
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초록
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■ 소재 설계: 탄소와 닉토젠 원소(질소, 인)간의 공유결합으로 생성되는 탄소-닉토젠 소재에 대해서 계산 방법론으로 안정한 소재의 구조를 설계하고 조성, 차원 등의 변화에 따른 밴드 구조, 광학 특성을 예측하는 기초연구 수행
■ 소재 합성: 생체 적합성을 보유하면서 풀 컬러 발광을 구현할 수 있는 탄소-닉토젠 소재 합성을 위해서 공유결합기반 소재 제조, 광학특성 제어 초기 기술 개발
■ 소재 응용: 개발한 탄소-닉토젠 소재를 통해서 기존 소재로는 적용이 어려웠던 유방암 진단용 다중 영상 조영제 개발 및 생체적합성 발광소자
■ 소재 설계: 탄소와 닉토젠 원소(질소, 인)간의 공유결합으로 생성되는 탄소-닉토젠 소재에 대해서 계산 방법론으로 안정한 소재의 구조를 설계하고 조성, 차원 등의 변화에 따른 밴드 구조, 광학 특성을 예측하는 기초연구 수행
■ 소재 합성: 생체 적합성을 보유하면서 풀 컬러 발광을 구현할 수 있는 탄소-닉토젠 소재 합성을 위해서 공유결합기반 소재 제조, 광학특성 제어 초기 기술 개발
■ 소재 응용: 개발한 탄소-닉토젠 소재를 통해서 기존 소재로는 적용이 어려웠던 유방암 진단용 다중 영상 조영제 개발 및 생체적합성 발광소자 개발 분야를 도출하고 연구 가능성 검증
■ 연구단 전략 수립: 선기획연구 기간 동안 본 과제 추진 시 체계적인 연구 수행을 위한 세부 연구 주제 선정, 세부과제별 팀원 구성, 추진체계 설정
■ 원천 기술 확보를 위한 추진계획 수립: 탄소-닉토젠 기반 생체 친화형 발광소재에 대해서 특허동향조사 및 논문조사를 통해서 소재 자체의 원천특허가 거의 없기 때문에 합성에 대해서 원천특허를 선점할 필요성 파악 및 적합한 응용 분야 도출. 특허 포트폴리오를 구축한 후 원천/개량특허 확보 및 기술이전 추진 예정
(출처 : 보고서 요약서 3p)
Abstract
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IV. Research results
1. Patent results
■ (Carbon-pnictogen materials) The technology proposed in this project is a bio-friendly light-emitting material based on a covalent carbon-nicktogen bond, and related prior patents were hardly searched, the IP barrier was very low, and the possibility of
IV. Research results
1. Patent results
■ (Carbon-pnictogen materials) The technology proposed in this project is a bio-friendly light-emitting material based on a covalent carbon-nicktogen bond, and related prior patents were hardly searched, the IP barrier was very low, and the possibility of securing intellectual property rights was analyzed to be very high. It was determined that it was necessary to secure technology and original patents.
■ (Application areas) In this project, the application of a disease diagnosis contrast agent and a biocompatible light emitting device was presented, and as a result of OS-Matrix and IP-History analysis, the application fields of fluorescent contrast agent, photoacoustic contrast agent and LED using carbon-pnictogen material appeared as blank areas. Research using polymer/organic materials, carbon nanomaterials, etc. is increasing, and the use of carbon-pnictogen-based materials is seen as an original technology in the field.
2. Research results
■ Bandgap was calculated through theoretical calculations for the experimentally discovered carbon nitride structures and the theoretically predicted carbon phosphide structures (the experimental crystal structure is not in the database). As a result, it was confirmed that carbon nitride has many substances in the blue region, and that carbon phosphide can have a wavelength in the red region
■ Using the algorithm-based crystal structure prediction program USPEX, the crystal structure is explored by changing the composition from C3N4 to C3P4. The band gap was calculated for the most stable structure in each composition, and it can be seen that the band gap increases from C3P4 to C3N4.
■ It is predicted that when organic functional groups are bonded to the surface of carbon nitride material through covalent bonds, band structure changes and defect passivation occur, making it applicable to LED devices
■ It was confirmed that when organic substances with alternating carbon and nitrogen arrangements were treated at high temperature, condensation reaction occurred and a three-dimensional crystalline carbon nitride structure was formed. It has been confirmed that separation is possible with a two-dimensional material exhibiting fluorescent properties through surface modification, and aqueous and organic solvent dispersions can be prepared depending on the reaction conditions.
■ It was confirmed that defects in 3D carbon-pnictogen materials can be removed through post-treatment, and absorption and emission characteristics can be adjusted. We found an analysis protocol capable of analyzing the chemical structure, electronic structure, and absorption/luminescence properties of materials.
■ Excellent biocompatibility and low cytotoxicity were confirmed by measuring the amount of viable cells after 24 and 48 hours incubation in MDA-MB-231 and RAW 264.7 cells using an aqueous dispersion of carbon-pnictogen material made containing C and N atoms. After injection into nude mice, major organs were excised and confirmed that there was no significant toxicity in a short period of time.
■ It was confirmed that in vitro cell imaging was successful even at a low concentration of materials (3.0 μg/mL) due to excellent dispersion and fluorescence characteristics. Furthermore, through in vivo animal experiments, the possibility for the use as a fluorescent contrast agent to diagnose cancer was found.
■ A feasibility test as photoacoustic imaging agents was performed using carbon nitride nanoparticles, and a sample manufactured by the research team and ICG as a control were injected into a thin tube simulating a blood vessel, and the photoacoustic signal was analyzed by irradiating three lasers of different wavelengths. In the carbon nitride sample, a stronger photoacoustic signal than the control ICG was observed, suggesting that the carbon-pnictogen material can be an effective photoacoustic imaging contrast agent.
■ We prepared two-dimensional carbon nitride nanoplatelets from carbon-nitrogen-based materials and developed a new route to produce dispersions in organic solvents through surface modification using hydrophobic functional groups. Light emitting diodes (LEDs) were successfully fabricated using the suspensions and the diodes showed promising electroluminescence properties.
(출처 : SUMMARY 11p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- 요 약 문 ... 4
- SUMMARY ... 9
- CONTENTS ... 14
- 목차 ... 16
- 제 1 장 先기획연구 개요 ... 18
- 1. 先기획연구의 목적, 필요성 및 범위 ... 18
- 2. 대상 소재기술의 정의 및 개념 ... 22
- 제 2 장 기술개발 현황 및 조사·분석 ... 26
- 1. 국내·외 기술개발 현황 ... 26
- 2. 선행 연구 조사·분석 및 시사점 ... 27
- 제 3 장 기술개발 목표 및 내용 ... 67
- 1. 원천특허 포트폴리오 ... 67
- 2. 연구개발내용 및 범위 ... 76
- 3. 기존 기술과의 차별성 및 원천성 ... 100
- 4. 국가 소재 R&D 전략과의 연계성 및 부합성 ... 101
- 5. 先연구내용 및 결과 ... 103
- 제 4 장 先기획연구 활동 추진 내용 ... 115
- 1. 先기획연구 추진 체계 ... 115
- 2. 先기획연구 방법론 ... 117
- 3. 先기획연구 활동 내용 ... 119
- 제 5 장 기대성과 및 활용 계획 ... 127
- 1. 기대성과 ... 127
- 2. 상용화 예상 분야 ... 127
- 3. 경제성 분석 ... 127
- 제 6 장 참고문헌 ... 129
- 끝페이지 ... 130
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