퀘르세틴을 천연 환원제 및 안정제로 사용하는 ZnS 양자점은 완고한 염료를 분해하고 박테리아 생물막을 파괴하는 동시에 건강한 세포에 안전한 상태를 유지합니다.
연구: ZnS 양자점의 케르세틴 매개 녹색 합성과 광촉매, 항균 및 세포 독성 특성. 이미지 출처: 신휴 사진가/Shutterstock.com
새로운 것에서는 과학 보고서 이번 연구에서 연구진은 환원제와 안정화제 역할을 하는 식물 유래 플라보노이드인 케르세틴을 사용하여 황화아연(ZnS) 양자점을 생산하는 환경 친화적인 방법을 보여줍니다.
양자점(QD)은 크기가 엑시톤 보어 반경(ZnS의 경우 약 10nm) 아래로 떨어질 때 독특한 광학 및 전자 동작을 나타냅니다.
이러한 나노 규모 특성으로 인해 ZnS QD는 이미징, 센서 및 광촉매 분야의 응용 분야에 특히 유용합니다.
전통적인 합성 기술에는 일반적으로 고온, 특수 장비 또는 비수성 용매가 필요합니다. 대조적으로, 녹색 합성은 종종 더 간단하고 지속 가능한 경로입니다.
폴리페놀 구조를 지닌 퀘르세틴은 수성 시스템에서 균일한 ZnS 나노결정을 형성하는 데 필요한 환원력과 표면 안정화 기능을 모두 제공합니다.
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합성 접근법
연구팀은 70°C 수용액에서 합성을 진행했다. 질산아연과 황산나트륨을 먼저 혼합하고 가열합니다.
1시간 후, 퀘르세틴을 한 방울씩 첨가했는데, 여기에 황산염 이온이 황화물로 환원되고 ZnS의 핵생성이 시작되었습니다.
생성된 양자점은 특성화를 위해 액체 분산액과 분말 형태로 분리되었습니다.
광학 및 구조적 특성
UV-Vis 분광법은 강한 양자 구속의 특징인 370nm와 298nm 부근의 두 가지 ZnS 흡수 특징을 보여주었습니다.
광발광 분석을 통해 약 480, 613 및 645nm의 방출이 밝혀졌으며 이는 퀘르세틴 캡핑에 의해 영향을 받은 표면 및 결함과 관련된 상태에 해당합니다.
FTIR은 하이드록실, 카르복실 및 방향족 특징을 포함하여 퀘르세틴에서 유래된 작용기가 나노입자 표면에 고정되어 있음을 확인했습니다. X-선 회절은 결정 크기가 4~8 나노미터인 아연 혼합물의 예상 결정상을 보여주었습니다.
SEM 이미지에서는 나노 규모의 응집체가 드러났고, TEM에서는 10 nm 미만의 잘 분산된 대부분 구형 입자가 확인되었습니다. EDX 분석을 통해 Zn과 S가 단독으로 존재함을 확인하여 높은 순도를 확인하였습니다.
열 및 광발광 안정성
0~40°C에서 수행된 온도 의존적 PL 측정은 포논 보조 비방사 프로세스로 인해 더 높은 온도에서 예측 가능한 강도 감소를 보여주었습니다.
중요한 것은 PL 강도가 여러 가열 및 냉각 주기 동안 완전히 회복되어 생리적 온도 근처의 생체 의학 이미징 응용 분야에 필수적인 요구 사항인 강력한 구조적 안정성을 나타냅니다.
생물막 및 항균 효능
생물막 억제 테스트에서는 다음과 같은 물질에 대해 상당한 활성을 보였습니다. 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 그리고 대장균각각 약 84%와 83% 감소했습니다.
이러한 생물막 표적화 작용은 종종 기존 치료법에 내성이 있는 표면 관련 감염을 퇴치하는 데 특히 중요합니다.
항진균제 시험에서 칸디다 알비칸스ZnS QD는 22mm의 억제 구역을 생성하여 표준 클로르헥시딘 대조군(20mm)보다 성능이 뛰어났습니다.
이러한 효과는 활성 산소종의 생성, 이온 방출, 미생물 구조를 파괴하는 표면 상호 작용에 기인합니다.
L929 섬유아세포에 대한 MTT 분석 결과, 테스트한 모든 농도에서 생존율이 75% 이상으로 유지되는 것으로 나타났으며, 이는 생의학 용도에 대한 유망한 생체 적합성을 나타냅니다. 생존력의 적당한 감소는 심각한 세포독성 없이 예상되는 나노입자-세포 상호작용을 반영합니다.
페인트의 광촉매 분해
24시간 동안 UV를 조사한 결과, 양자점은 브릴리언트 그린을 약 85%, 메틸렌 블루를 약 70% 분해했습니다.
이러한 결과는 염료 분해를 가속화하는 ZnS 표면의 효율적인 전자 정공 생성과 ROS 생성에서 비롯됩니다.
QD 농도가 높을수록 분해 속도가 더욱 증가했으며 이는 1차 Langmuir-Hinshelwood 동역학과 일치합니다.
결론
전반적으로, 이 연구는 잘 정의된 광학, 구조, 항균 및 광촉매 특성을 가진 ZnS 양자점 생산을 위한 실행 가능한 케르세틴 매개 경로를 제시합니다.
생물막 억제, 열 안정성, 생체 적합성 및 강력한 염료 분해의 조합으로 인해 미래의 생물 의학 및 환경 응용 분야에 유망한 후보가 됩니다.
저널 참고자료
센소이 건 B., 외. (2025). ZnS 양자점의 케르세틴 매개 녹색 합성과 광촉매, 항균 및 세포 독성 특성. 과학 보고서. DOI:
