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양자점의 환상적인 여정: 생물의학에서 마술을 부리는 방법?
양자점(QD)은 특히 광흡수 및 광발광 측면에서 크기에 따른 특성을 나타내는 직경이 10나노미터 미만인 반도체 나노입자입니다. 직경에 따라 QD의 형광 방출 피크를 조정할 수 있어 생체 의학 분야에서 다양한 프로브 및 라벨로 사용할 수 있습니다. 현재 시중에 나와 있는 QD는 주로 카드뮴(Cd)을 함유한 소재로 만들어지는데, 카드뮴(Cd2+) 나트륨 이온은 세포와 조직에 매우 독성이 강하기 때문에 생물체에 적용하기에는 난제와 논란이 많다. 독성.
생물학적 환경의 잠재적인 독성에 대한 우려로 인해 연구자들은 생물의학 응용 분야에서 안전성을 향상시키기 위해 카드뮴 없는 양자점(CFQD) 개발로 점차 전환해 왔습니다.
아연 도핑된 황/ZnSe 양자점, 그래핀 양자점, 실리콘 양자점과 같은 차세대 CFQD는 독성이 낮고 콜로이드 및 광발광 안정성이 우수하여 시험관 내 및 생체 내 모델에 적합한 것으로 나타났습니다. DNA 또는 펩타이드로 기능화된 QD는 주로 세포 및 조직의 표적 영상화 및 약물 전달 모니터링에 널리 사용됩니다. 예를 들어, 공초점/다광자 현미경 및 CARS 이미징을 포함하여 Cd가 없는 QD의 이미징에 여러 기술을 사용할 수 있습니다. 이러한 기술을 통해 연구자들은 더 높은 해상도와 생체 적합성 방식으로 세포와 조직 구조를 관찰할 수 있습니다.
또한 이러한 QD는 금속 나노입자, 방사성 라벨, 라만 태그 등 다른 시약과 절단할 수 있는 유연성을 갖추고 있어 카드뮴이 없는 QD를 기반으로 하는 다기능 나노라벨을 통해 다중 모드 이미징이 가능합니다.
카드뮴이 없는 양자점은 이미징 이상의 기능을 제공하도록 설계되었으며 Theranostics로 알려진 비침습적 치료 및 진단을 위한 플랫폼으로도 사용할 수 있습니다. 최근 카드뮴이 없는 양자점은 차세대 태양전지 및 디스플레이 제조에서도 큰 잠재력을 보여주었습니다.
재료과학 분야에서는 양자점 연구 열풍이 계속해서 뜨거워지고 있습니다. 이러한 나노입자의 특성은 그 동작을 더 잘 이해하기 위해 조작하고 테스트할 수 있습니다. 그러나 대부분의 QD는 독성 중금속으로 만들어져 있어 소비자는 독성 물질이 포함된 제품을 구매하는 경우도 있습니다. 위험에 처해 있습니다.
이로 인해 연구자들은 이 문제를 해결하기 위해 카드뮴이 없는 양자점과 같이 중금속을 포함하지 않는 양자점을 개발하게 되었습니다.
의학 분야의 발전은 암과 같은 알려지지 않은 질병에 대한 지식을 얻기 위해 수십 년 동안 추구되어 왔습니다. 화학 요법은 여전히 주류 치료 방법 중 하나이지만 체내 독성 화학 물질의 이동은 상당한 위험을 초래합니다. 이 시점에서 카드뮴 없는 양자점의 가능성이 드러난다.
샌디에이고 캘리포니아 대학의 마이클 세일러(Michael Sailor)와 그의 팀은 강렬한 빛을 방출하는 카드뮴이 없는 최초의 나노양자점을 성공적으로 개발했습니다. 이를 통해 의사는 내부 장기를 검사하고 암 약물이 무해한 부산물로 분해되기 전에 방출할 수 있습니다. 이 실리콘 웨이퍼 기반 디자인은 체내 분해 후 체내에 필요한 규산을 형성할 수 있어 정상적인 뼈와 조직 성장을 돕습니다.
적용사례
아연-황 양자점
카드뮴급 양자점을 대체할 신소재인 아연-황 양자점(ZnS QD)은 유해한 아플라톡신 B1과 같은 식품 독소를 검출하는 등 생물 의학 연구에서 많은 흥미로운 응용 분야를 보여주었습니다. 인간의 건강에 대한 피해는 과소평가될 수 없습니다.
인듐 양자점
중금속을 포함하지 않는 또 다른 유형의 양자점은 인듐 기반 양자점, 특히 CuInS2 양자점으로, 발광 라벨로 사용되며 근적외선 영역에서 빛을 방출할 수 있습니다. 이러한 양자점의 안정성, 낮은 독성 및 높은 양자 수율은 암 약물 전달 및 이미징에 대한 유망한 후보가 됩니다.
실리콘 양자점
마지막으로, 실리콘 양자점은 광전자공학 및 생물학적 응용 분야에서도 점차 잠재력을 보여주고 있습니다. 이러한 양자점은 광화학 응용 및 생물학적 검출에 사용될 수 있으며 물 속의 포름알데히드 검출과 같은 응용 분야에서 그 가치가 입증되었습니다.
과학자들이 양자점에 대해 더 깊이 이해하게 되면서 미래의 생물의학 및 재료 과학에 가져올 수 있는 변화가 흥미로워질 것입니다. 이것이 질병 치료 및 발견에 대한 우리의 견해를 바꿀 것입니까?
