카본닷 (carbone dot) 탄소나노입자란?

탄소 나노입자 혹은 카본닷 (Cdot로 표시)은 일반적으로 직경이 10nm 이하인 형광 탄소 재료입니다. 일반적으로 dot이라고 한다면 10nm이하의 물질을 말하는데요. 나노입자 중에서도 아주 작은편에 속하는 사이즈입니다. 이러한 카본닷은 현재 퀀텀닷 혹은 양자점에 아주 유망한 유망한 대안이 되고 있습니다. 현재 사용되고 있는 금속 기반의 퀀텀닷들의 경우 일반적으로 카드뮴 등을 이용하기때문에 생체적합성이 떨어집니다. 좀 더 정확히 말하면 기존의 퀀텀닷의 경우는 생체 독성이 심합니다.

하지만 카본닷의 경우는 생체 적합성이 높은 편이며, 독성 또한 매우 낮습니다. Cdots은 형광 특성을 가지고 있기때문에 바이오 센서, 유전자 전달(gene delivery), 약물 전달체 (drug delivery) 그리고 바이오 이미징 프로브 등으로 사용하기 위해 연구하고 있습니다. 

최근 국내 연구진에 의해서 생체적합성이 있는 듀얼 채널 Cdots 형광 발현을 통해서 빛을 통한 세포 조절에 관한 논문을 개재하기도 했습니다. (Dual-color emitting carbon nanodots for multicolor bioimaging and optogenetic control of ion channels) 이처럼 특정 물질의 화학적 조성이나 물리적 특성 등은 매우 다양하게 사용이 될 수가 있는데요. 카본닷의 장점을 통해서 장기적으로 많은 응용이 가능할 수 있습니다. 

사실 탄소닷은 2004년 탄소나노튜브 (SWCNT)를 정제하던 과정에서 AFM (atomic force microscopy)의 특성 분석을 통해 탄소 나노 물질인 것으로 밝혀낸 형광 분획을 발견하면서 밝혀진 것인데요. (Xu. et al 연구진) 이후 PEG passivation 등을 통해서 양자 효율을 증대시키거나 다른 색의 형광 Cdot을 얻어내는 등 다양한 종류의 기술과 발견이 이어지고 있습니다. 

현재는 시그마 알드리치와 같은 회사에서 간단하게 구매를 할 수 있기도 한데요. 0.2% concentration에 10ml 수용액이 255,000원인 상황입니다. 직접 합성도 가능한데요. 최근에는 물리적 방법이나 화학적 방법을 통해서 탄소 재료들은 Cdot을 생산하는데 사용하고 있는데요. Top down 방식과 Bottom up 방식으로 나뉘는 다양한 방법 등을 통해서 Cdot을 합성하고 있습니다. 

거꾸로 규소 표면의 유기분자를 탄화시켜 Cdot을 만들어내는 방법이나 마이크로웨이브를 통해서 Cdot을 만들어내는 등 다양한 방식을 통해서 Cdot을 만들어내고 있습니다. 앞으로 C-dot을 이용해서 생체적합성 물질들을 개발하는 것 역시 좋은 연구주제가 될 것 같습니다.