ZnO 나노구조의 광학 특성에 대한 합성, 특성화 및 조사 에너지의 영향

Nov 21, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20016(2022) 이 기사 인용

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산화아연 나노입자(NP)는 광전자공학, 광자학 및 의료 응용 분야를 위해 졸-겔 방법으로 합성됩니다. 입자의 구조적, 기능적 특성을 개선하기 위해 합성된 NP에 1064nm 및 532nm 파장의 레이저를 조사합니다. NP는 X선 회절, 주사 및 투과 전자 현미경 기술, 원자력 현미경 및 자외선-가시선 분광학을 통해 특징 지어집니다. 구조분석 결과, 입자는 공간군(P63mc)의 다결정 육각형 구조를 갖고 있는 것으로 나타났다. 나노입자의 평균 결정 크기는 레이저 빔 조사 전후 13~15 nm 범위에서 다양합니다. 형태학적 특성 분석을 통해 42-46 nm 범위에서 NP 응집체가 형성되는 것으로 나타났습니다. 레이저 빔을 조사한 후 흡수 스펙트럼에서 이동이 관찰됩니다. 이러한 변화는 샘플의 전자 구조에 대한 조사 효과로 인해 발생합니다. 이 효과는 밴드갭 에너지의 감소로 확인됩니다. 광학 매개변수도 추론되고 논의됩니다. 파장 1064 nm 및 532 nm의 레이저 빔에 의한 ZnO 나노입자의 조사는 결정의 크기를 감소시켜 항균 활성을 증가시킵니다. NPS의 생물학적 활성과 항생제 효능 개선을 테스트하고 분석합니다. 결과는 위에서 언급한 적용에서 ZnO-NP의 긍정적인 역할을 강조했습니다.

나노입자와 나노분말은 다양한 응용 분야와 미래 응용 분야 및 요구 사항1,2,3,4,5,6,7에 대한 유망한 이점으로 인해 과학자, 엔지니어 및 의사의 관심을 끌었습니다. ZnO-NP는 산소종 생성을 유발하고 아연 이온을 방출하는 강력한 능력을 가지고 있습니다. 이는 차례로 세포 사멸을 유도할 수 있습니다. 또한 ZnO-NP는 인슐린의 무결성을 유지하는 것으로 알려져 있습니다. UV 영역에서 강한 흡수 특성으로 인해 ZnO-NPs는 노화 방지 요소 및 화장품으로 사용되었습니다. 그럼에도 불구하고, ZnO-NP는 항암제 및 항균제로 사용되기 때문에 과학계로부터 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 다른 나노입자와 비교하여 ZnO-NP는 생물의학 응용 분야에 사용될 때 가격이 저렴하고 독성이 적습니다8. 항균제는 유기제와 무기제로 분류될 수 있다. 따라서 ZnO는 무기재료로서 우수한 항균제임이 입증되었다. 그럼에도 불구하고 그람 양성균과 그람 음성균에 대한 ZnO NP의 항균 활성은 이미 확인되었습니다9. 또한, ZnO NP는 포자에 대한 항균 효과가 있는 것으로 확인되었습니다10. ZnO 활성은 입자 크기, 즉 표면적 및 농도에 따라 크게 좌우된다는 것이 오늘날 잘 알려져 있습니다. 반면, 결정 구조와 모양의 품질은 거의 영향을 미치지 않습니다11. Umair Manzooret al. ZnO NPs의 감지 특성에 대한 합성 매개 변수(즉, 온도, 핵 생성 시간 및 합성 후 열처리)의 영향을 조사했습니다. 이러한 매개변수는 입자 크기와 결정화도에 막대한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다. ZnO NP는 아세트산아연, 수산화칼륨, 메탄올을 용매로 사용하여 공침법으로 합성하였다. 그러나 ZnO 분말의 입자 크기는 합성 온도에 따라 \(100 nm\)에서 \(458 nm\) 사이였습니다. 문헌의 여러 연구에서는 침전 방법을 사용하여 이러한 물질을 합성함으로써 암 세포에 대한 ZnO-NP의 고유 선택성을 성공적으로 보존했다고 보고했습니다. Sol-Gel 방법은 ZnO-NPs 합성을 위한 새로운 방법입니다. Yin Zhanget al. 는 2013년에 생체의학 이미징, 약물 및 유전자 전달, 바이오센싱과 같은 ZnO 나노물질의 생체의학 응용에 대해 보고했습니다.