상향변환 나노입자의 플라즈몬 기반 광특성 향상을 위한 입자 표면 형태 제어 연구

Abstract

Upconversion nanoparticles (UCNs)는 낮은 에너지의 근적외선 빛을 흡수하여 더 높은 에너지의 가시광선 빛을 방출하는 독특한 특성을 가진 발광 물질로써 광학적 연구에서 큰 관심을 받고 있다. 기존 발광 물질에 비해 UCNs는 낮은 광손상, 뛰어난 생체적합성 및 물리화학적 안정성과 같은 장점을 가지므로 바이오 이미징, 질병 치료, 센서, 광촉매, 디스플레이 등의 연구에서 큰 잠재력을 보여준다. 하지만, UCNs는 낮은 발광효율을 가진다는 단점으로 인해 이를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 육각상을 갖는 UCNs-rod를 합성하고 가돌리늄의 비율을 조절하여 상전이를 제어하였다. 가돌리늄의 비율이 30% 이상일 때, 모두 육각상만 관찰되며, 30%인 UCNs가 가장 높은 광발광 세기를 보였다. UCNs의 발광효율을 향상시키기 위해서는 플라즈모닉 나노입자의 도입이 중요하다. 이들의 결합은 국소 표면 플라즈몬 공명 (LSPR)에서 발생하는 전자기장 향상에 의해 UCNs의 광발광을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 합성된 UCNs에 다공성 실리카 쉘을 코팅하여 표면적을 넓히고 친수성으로 표면 개질하였다. 덴드리틱 실리카 쉘을 코팅한 UCNs는 큰 기공을 가지므로 다양한 크기의 플라즈모닉 나노입자와 우수한 결합성을 보였으며, 플라즈모닉 나노입자의 종류 및 반응 조건에 따라 UCNs의 발광을 제어하였다. 이는 덴드리틱 실리카 쉘을 활용하여 UCNs의 미세한 발광 제어가 가능하다는 것을 나타낸다. 결론적으로, 얇은 실리카 쉘을 코팅한 UCNs를 은 입자와 결합하였고 기존의 UCNs보다 발광효율을 향상시켰다.