이 물질들이 일상 제품에 널리 쓰이면서 나노입자 독성 연구가 심화되고 있습니다. 특정 나노입자는 점액 분비를 자극해 기도 무결성을 해칠 수 있습니다. 란타넘 스트론튬 망가나이트(LSM)는 높은 전기 전도도, O₂ 환원 반응에 대한 견고한 전기화학적 활성, 열 안정성, 장기 성능으로 고체 산화물 연료 전지(SOFC)에 광범위하게 사용되는 페롭스카이트 나노입자입니다. 그러나 LSM의 생물학적 영향에 대한 데이터는 제한적입니다. 본 연구에서 일차 기관지 상피 세포를 최대 500 µg mL⁻¹ LSM 농도에 노출시켰습니다. 결과는 세포 생존율, 활성산소종(ROS) 생성, 시토크롬 C 방출, 카스파제-3 발현에만 중간 정도의 영향을 미쳤습니다. 세포자살 표지자는 거의 변하지 않았지만, LSM은 농도 의존적으로 점액 분비를 유의미하게 억제했습니다. 따라서 LSM은 기도 세포에 낮은 세포독성을 보이지만, 점액 생성 감소 능력은 기도 청소 능력을 손상시킬 수 있습니다.
란타넘 스트론튬 망가나이트(LSM)는 일반적인 공식 La₁₋ₓSrₓMnO₃의 페롭스카이트 결정 구조를 가지며, x는 스트론튬 도핑 수준을 반영합니다. 이 물질은 테이프 주조, 공기/열/플라즈마 스프레이, 연료 전지 응용을 위한 분말로 가공될 수 있습니다. LSM의 높은 표면적과 전기화학적 성능은 신흥 수소 경제의 중심인 SOFC의 주요 전극 후보로 만듭니다. LSM의 기계적, 전기적 특성에 대한 광범위한 연구에도 불구하고 생물학적 상호작용은 미개척 상태로 남아 있습니다. 많은 나노입자가 점액 분비를 높이고 호흡기 장애에 기여하는 것으로 알려져 있습니다. 새로운 증거는 LSM이 약물 전달체나 영상 조영제로도 쓰일 수 있음을 시사하지만, 생의학적 배치 전 잠재적 독성을 명확히 해야 합니다. 이 연구는 일차 기관지 상피 세포에서 LSM의 세포독성 프로필을 평가하며, ROS 생성, 미토콘드리아 무결성, 세포자살, 점액 분비를 조사합니다.
주사전자현미경(SEM)으로 표면 형태를 조사했습니다. LSM 나노입자는 거친 표면을 보이며 ~35 nm에서 >200 nm 범위의 클러스터로 응집되었습니다(그림 1). 세포 생존율은 CCK-8 분석법으로 측정했습니다. 생존율은 50-100 µg mL⁻¹ 사이에서 급격히 감소했으나 이후 안정되어 고농도에서도 안정적으로 유지되었습니다(그림 2).
ROS 수준은 CM-H₂DCFDA 형광으로 정량화했습니다. LSM 농도 증가로 ROS가 유의미하게 증가하지 않았으며, 250 µg mL⁻¹ 지점에서 최대 편차를 보였으나 통계적으로 유의미하지 않았습니다(그림 3). 뮤신 분비는 효소 연동 렉틴 분석법(ELLA)으로 측정했는데, LSM 용량 증가에 따라 점진적으로 감소해 500 µg mL⁻¹에서 대조군의 ~40%로 떨어졌습니다(그림 4).
JC-1 염색으로 ≥100 µg mL⁻¹ 농도에서 미토콘드리아 탈분극을 확인했습니다(그림 5). 그럼에도 시토크롬 C 방출과 카스파제-3 활성화는 완만하게 감소해 제한된 세포자살 유도를 나타냈습니다(그림 6).
기도 상피 세포에서 LSM 독성에 대한 최초의 평가로, 무시할 만한 세포독성과 세포자살, 그러나 현저한 점액 분비 억제를 보여줍니다. ROS 생성과 미토콘드리아 손상은 미미했으나, 점액 방출 감소는 기도 청소 장애를 초래할 수 있어 향후 에너지 및 생의학 분야 응용 시 신중한 평가가 필요합니다.
일차 소 기관지 상피 세포를 확립된 프로토콜로 분리해, EGF 1-53과 소 뇌하수체 추출물(BPE)로 보충된 무혈청 배지(SFM)에서 배양하고, 37°C, 5% CO₂에서 콜라겐 코팅 플레이트에 유지했습니다. 세포 밀도는 트라이판 블루 배제법으로 모니터링했습니다.
세포를 콜라겐 코팅 96-웰 플레이트(웰당 5×10⁴ 세포, 생존율 분석용)와 4-웰 플레이트(웰당 5×10⁵ 세포, 칼슘, ROS, 미토콘드리아 연구용)에 파종했습니다. 24시간 배양 후 배지를 PBS로 교체한 후 LSM 현탁액으로 교체했습니다. 세포 생존율은 CCK-8 분석법(WST-8 포르마잔 전환)으로 정량화하고 미처리 대조군 대비 백분율로 표현했습니다.
LSM(La₀.₁₅Sr₀.₈₅MnO₃, 35 nm, 99.5%)을 초음파 처리하고 500, 250, 100, 50 µg mL⁻¹에서 테스트했습니다. 농도는 문헌에 보고된 일반적인 TiO₂ 나노입자 노출과 맞추기 위해 선택했습니다.
입자를 실리콘 웨이퍼에 드롭 캐스팅하고 공기 건조 후 Zeiss Gemini SEM으로 촬영해 크기 분포를 확인했습니다.
15분 LSM 노출 후 CM-H₂DCFDA 형광으로 ROS 생성을 평가했습니다. 형광 강도를 미처리 대조군과 비교했습니다.
JC-1 염료로 미토콘드리아 막 전위를 평가했습니다. 적/녹 형광 비율을 10분 간격으로 형광 현미경으로 측정했습니다.
15분 LSM 노출 후 상층액을 수집, 원심분리하고 WGA-HRP와 TMB 기질을 사용한 ELLA로 뮤신을 분석했습니다. 흡광도를 450 nm에서 읽었습니다.
RIPA 완충액으로 세포 용해액을 제조하고 ELISA 프로토콜로 시토크롬 C와 활성 카스파제-3를 탐지했습니다. 이차 HRP 결합 항체로 검출을 용이하게 했습니다.
데이터는 최소 3회 독립 실험의 평균 ± SD로 제시했습니다. 일원 분산 분석(ANOVA)으로 유의성(p < 0.05)을 결정했습니다.
나노물질
초록태양전지에 사용되는 가장 중요한 광전 소재 중 하나인 2차원(2D) 유무기 페로브스카이트가 주목받고 있습니다. 2D 페로브스카이트는 우수한 환경 안정성과 광전자 특성의 넓은 조절성을 보입니다. 그러나 광전 변환 효율(PCE)은 기존 3차원(3D) 페로브스카이트보다 훨씬 뒤떨어집니다. 본 연구에서는 PbBr₂ 도입으로 2D 페로브스카이트 태양전지(PVSC) PCE가 초기 3.01%에서 12.19%로 크게 향상됨을 입증했습니다. 효율 향상은 우수한 표면 품질, 향상된 결정성, 그에 따른 트랩 상태 밀도 감소 덕분입니다. 또한 캡슐화
요약 페로브스카이트 태양전지는 조절 가능 밴드갭, 높은 흡수 계수, 저렴한 제조비로 실리콘 기반 탠덤 태양전지에 쓰입니다. 하지만 하부 실리콘의 상대적으로 큰 광학 굴절률이 상부 페로브스카이트 흡수층과 비교해 2단자 소자에서 상당한 반사 손실 유발합니다. 따라서 Si 하부전지 광전류 흡수 향상 위해 광관리 중요. 본 논문에서는 TiO₂ 채워진 나노홀 어레이를 하부전지 설계에 도입했습니다. 유한차분 시간영역(FDTD) 법으로 300-1100nm 범위 흡수 효율, 광전류 밀도 분석, 구조 파라미터 최적화 수행. 계산 결과 나노홀 높이
