초록 ▼

□ 연구개요
탄소나노점은 2004년 CNT를 정제하는 과정에서 발견된 물질로 우수한 전기전도도, 높은 화학적 안정성, 저독/친환경성, 넓은 영역의 광학흡수특성, 강한 형광특성 및 광학 특성을 나타내는 수 nm 크기의 나노탄소입자를 지칭하며 그라파이트로부터 top-down으로 제조된 탄소 양자점 (Carbon Quantum Dots:CQDs)과 혼용해서 쓰이고 있음. 주로 광학관련 응용에 많은 연구가 이루어지고 있으며 최근 Cd등 금속이온을 포함하는 기존 quantum dots 대비 우수한 환경친화성 등으로 바이오센서나 바이오이

□ 연구개요
탄소나노점은 2004년 CNT를 정제하는 과정에서 발견된 물질로 우수한 전기전도도, 높은 화학적 안정성, 저독/친환경성, 넓은 영역의 광학흡수특성, 강한 형광특성 및 광학 특성을 나타내는 수 nm 크기의 나노탄소입자를 지칭하며 그라파이트로부터 top-down으로 제조된 탄소 양자점 (Carbon Quantum Dots:CQDs)과 혼용해서 쓰이고 있음. 주로 광학관련 응용에 많은 연구가 이루어지고 있으며 최근 Cd등 금속이온을 포함하는 기존 quantum dots 대비 우수한 환경친화성 등으로 바이오센서나 바이오이미징 등의 용도에도 적용이 확대되고 있음. 본 연구에서는 Small organic 물질로부터 CNDs의 전환율 등과 CNDs의 광학특성간의 상관관계를 탐색하고, 공정최적화를 위한 표면 및 작용기 특성의 변화가 CNDs의 광학특성에 미치는 영향을 규명하며, 측정물질에 targeting 되어 만들어진 surface functional group을 활용하여 glucose, toxic organic 물질 및 중금속 이온에 대한 sensing 특성 분석 및 CNDs의 sensing관련 핵심 특성인 PL quenching에 대한 functional group 및 측정 대상물질에 따른 mechanism 규명. 이를 통한 sensitivity 및 selectivity 향상하는 연구임

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 (목표:CND 합성 최적화) : CNDs 합성을 위한 수열합성 공정을 최적화 하였음.반응온도, precursor ratio, 반응시간, solvent 등에 대한 최적화를 수행, 각 조건에 따른 양자효율과 sensing 관련 특성을 측정, 분리/정제방법으로 dialysis 및 centrifuge 방법을 이용. Centrifuge 방법으로 mass가 큰 불순물을 거른 후 dialysis를 하는 것이 가장 좋은 특성을 가지는 CNDs를 얻을 수 있었음
2차년도 (목표:센싱메커니즘 탐색) : 표면작용기를 조절하고 계면활성제 농도와 종류를 변화시켜 안정한 carbon dot을 얻을 수 있었으며, 제조된 carbon dot을 이용하여 다양한 센서에 응용하였고 관련 메카니즘에 대한 다양한 연구를 수행하였음. 본 연구에서 합성된 탄소나노점/금속산화물 하이브리드를 이용하여 손쉽게 글루코스 농도를 측정할 수 있는 시스템도 시연하였음
3차년도 (목표:다양한 물질센싱응용) : CND 농도에 따른 센싱특성을 파악하고, ClO- 이온 등 toxic 물질에 대한 센싱에 응용하여 우수한 센싱특성을 얻음.
정성적인 목표를 모두 달성하였으며, 정량적으로는 카테고리 랭킹 5%이내 2편 포함 총 18편의 SCIE 논문과 1편의 KCI등재지 논문게제 성과를 거두었음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
바이오센서에 대한 연구는 시작한지는 약 10년 밖에 되지 않았지만, 세계 각국의 적극적인 지원 정책에 힘입어 빠른 속도로 발전하고 있으며 미국, 유럽연합 등 주요 선진국들은 나노바이오기술을 학문적, 산업적, 전략적 중요성, 경제 위기 극복, 미래 성장동력 확보, 국민 건강 및 복지 증진, 향후 기술의 발전 가능성에 대한 잠재력 때문에 연구 활성화와 상업적 성과 창출을 위한 다양한 정책과 프로그램을 지원하고 있음. 또한, 바이오칩, DNA칩, 혈액진단칩 등은 이미 큰 시장을 형성하고 있으며, 이러한 기술들을 기반으로 생체물질분석을 통한 신약개발, 바이오센서, 나노바이오인포매틱스, 나노바이오헬스케어 기술 등이 활발하게 연구되고 있음. 향후 본 연구결과를 바탕으로 본 연구를 통해 제조된 CND를 다양한 바이오센서에 응용할 예정임

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. Carbon nanodots (CNDs) ... 4
• 1.2. CNDs의 바이오센서 응용 ... 5
• 1.3. 연구목표 및 연구내용 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 8
• 2.1. 1차년도 연구내용 ... 8
• 2.2. 2차년도 연구내용 ... 11
• 2.3. 3차년도 연구내용 ... 13
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 4.1. 바이오센서분야 세계동향 ... 16
• 4.2. 바이오센서분야 supply chain 및 파급효과 ... 17
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 5.1. smartphone-integrated colorimetric sensing platform 개발에의 응용 ... 17
• 5.2. 합성된 탄소나노점의 에너지분야 응용 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 24
• 끝페이지 ... 39