In this study, bacterial cellulose (BC) with high mechanical strength, crystallinity, and excellent biocompatibility was prepared. BC-carbon quantum dots (BC-CQD) were synthesized by thermal pyrolysis at 200 ℃. Fluorescence properties of BC-CQD solution were assessed by fluorescence spectrophotometry. BC-CQD solution was excited at 365 nm, and emission-maxima of the solution was at 440 nm. The optical characteristics of synthesized BC-CQD showed excitation wavelength-dependent emission wavelength-pattern as the emission intensity varied with excitation wavelength. These results showed similar excitation wavelength range, 440-550 nm, as observed for CQD with conventional plant celluloses. In addition, BC-CQD/poly(vinyl alcohol) (PVA) composite film exhibited extended fluorescence stability, for more than 7 days. The thermal stability of BC-CQD was demonstrated to be lower than that of PVA film through the weight loss estimation of BC-CQD/PVA film by thermogravimetric analysis. Therefore, it can potentially be applied as membrane material, in electrochemiluminescence (ECL) diagnosis and in biomedical fields.

본 연구에서는 높은 기계적 강도와 결정화도를 가지며, 생체 적합성이 뛰어난 박테리아 셀룰로오스(bacteria cellulose, BC)를 제조하였으며 BC를 200 ℃에서 열 분해하여 카본 퀀텀닷(carbon quantum dot, CQD)을 합성하였고, 형광 분광 광도계(fluorescence spectrophotometry)를 이용하여 BC-CQD의 형광 특성을 확인하였다. 합성된 BC-CQD 용액을 파장 365 nm에서 여기시켰을 때, 방출 파장 440 nm에서 최대 형광 방출이 나타남을 알 수 있었다. 이러한 측정 결과는 방출 파장 이 440-550 nm 안에 있는 기존 식물성 셀룰로오스를 이용한 CQD와 유사한 특성을 나타내었고, 여기 파장 변화에 따른 방출 파장 및 형광 강도의 변화를 측정한 결과 합성된 BC-CQD의 광학적 특성이 여기 파장 의존성을 나타냄을 관찰할 수 있었다. 또한 poly(vinyl alcohol)(PVA)와 복합화하여 제작한 BC-CQD/PVA 필름은 7일 이후에도 우수한 형광 안정성이 유지됨을 확인하였고 시차 열 중량분석(thermogravimetric analysis, TGA) 측정을 통하여 BC-CQD/PVA 필름의 열 안정성을 확인함으로써, 활용성이 다양한 멤브레인이나 전기화학발광(electrochemi-luminescence, ECL) 진단 및 바이오 분야에 이용될 수 있는 가능성을 제시하였다.

Keywords: bacterial cellulose, carbon quantum dot, BC-CQD/PVA composite film, fluorescence stability