電気工学および電子技術ジャーナル

多用途カーボンドット：合成、特性評価および応用

ロジャー・M・ルブラン

カーボンドット (CD) は、そのユニークな特性により、最近、材料科学および生物医学工学の研究で大きな注目を集めています。印刷、光触媒、バイオイメージング、センシング、薬物送達、ナノ医療への応用が広く研究されています。このプレゼンテーションでは、まず多様な CD の調製について紹介します。特に、トップダウンとボトムアップの両方のアプローチから得られた 3 つの異なる CD 種の包括的な構造モデルを構築するために、広範な構造特性評価が行われました。

次に、私たちの研究室で開発された CD のさまざまな用途に主に焦点を当てます。グルコースベースの CD は、血液脳関門 (BBB) 上のグルコース輸送タンパク質の存在により BBB を通過できます。抗癌治療薬と標的分子を結合した窒化炭素ドットは、in vitro と in vivo の両方でびまん性大細胞型 B 細胞リンパ腫に対して効果的な治療が可能です。メトホルミン由来の CD は、独自の核標的特性を示します。CD は、アミロイド前駆体タンパク質 (APP)、ベータアミロイド (Aβ)、および Aβ 線維の形成を阻害する能力を常に示しています。CD は、アルツハイマー病の治療のための有望なナノ医薬品および薬物ナノキャリアです。さまざまな水質汚染モデルの光触媒分解により、ゲル状の CD は、ほとんどの既知の CD 種と比較して著しく強化された光触媒活性と、グラファイト窒化炭素 (g-C3N4) との比較が明らかになりました。さらに、g-C3N4 を G-CD に組み込むことで、分解速度定数がさらに 1.4 倍向上しました。パイロット スタディでは、異なる CD を直接結合することで、マルチタスクを実行する柔軟なナノ キャリアを組み立てることができることが示されました。カーボン チップ (CD) は、その超自然的な特性と用途により、ナノテクノロジーにおける最も貴重な財産として浮上しています。CD は通常、炭素ナノ粒子であり、そのほとんどは平均サイズが 10 nm 未満です。これらの材料は天然混合物から得られ、有機的な観点から非常に大きい水性媒体で安定しています。表面処理は、危険検出、物質検出、衛生、バイオイメージング、薬物送達、エネルギー変換、光触媒などの幅広い用途で CD にとって重要な役割を果たします。CD の光物理的特性と物質的特性は、形状とサイズを調整することで、また酸素、窒素、リン、硫黄、ホウ素などのヘテロ原子をドーピングすることで大幅に変化します。また、CD の光安定性、高量子収率、生体適合性、低毒性、水溶性、優れた導電性、および天然の快適性は、グラフェン量子ドット (GQD)、金属酸化物 (ZnO、TiO2)、無機 QD (ZnO-PbS、CdSe、CuInS/ZnS、および CuInS/ZnS) などの他の広く認識されている量子ドット (QD) よりも優れています。実際、非炭素 QD は、その実際の健康および環境問題を考慮すると、CD と比較してその使用分野がそれほど簡単ではありません。ディスクは、天然および人工の天然前駆体の両方から統合できます。この懸念で一般的に使用される人工システムは、マイクロ波照射、水性療法、超音波、レーザー除去、電気化学、円錐除去、および熱分解です。この短いレビューは、CD の人工システムと、純粋および科学におけるその幅広い用途に特に焦点を当てています。