탄소 기반 나노소재(CBNs)인 그래핀 옥사이드(GO), 탄소 나노스피어(CNSs), 탄소 나이트라이드(CNs), 탄소 나노튜브(CNTs), 탄소 닷(CDs), 나노다공성 탄소, 그리고 나노복합체는 뛰어난 열적, 기계적, 전기적 및 광학적 특성과 매우 다양한 표면 화학성을 지닌다. 이들의 조절 가능한 크기, 형상, 표면 기능성은 강한 π-π 상호작용과 반도체와 유사한 거동을 가능하게 하여 효율적인 광 흡수와 생체분자와의 친밀한 계면 형성을 촉진한다. 이러한 특성으로 인해 CBNs는 의생명공학 분야의 유망한 후보군으로 자리매김하였으며, 유기 기능과 무기 기능을 하나의 통합된 구조 내에 결합시키는 생체모사(biomimetic) 설계를 촉진해 왔다. 이 리뷰에서는 차세대 바이오센싱 및 테라노스틱스(theranostics)에서 CBNs의 활용과 관련된 최근의 진보를 조명한다. 물리화학적 공학, 데옥시리보핵산(DNA) 오리가미(dna origami) 템플레이팅, 펩타이드 또는 효소 보조 조립, 다당류 고정(anchoring), 그리고 지질 변형(lipid modification)과 같은 접근법은 이들의 생체적합성, 선택성 및 촉매 활성을 향상시켰다. 형광 스위칭, aptamer-CNT 광물리학(photophysics), 스페이서(spacer) 조절 에너지 전달을 포함한 혁신은 금속 이온, 대사산물, 신경전달물질, 병원체, 약물 및 암 바이오마커에 대한 초고감도 검출을 가능하게 한다. 또한 전계효과 트랜지스터(field-effect transistors)와 레이저 스크라이빙(graphene electrodes) 그래핀 전극을 포함하는 통합 CBN 기반 플랫폼은 단일 바이러스 또는 단일 세포 진단과 반응형 치료 중재를 수행할 수 있는 역량을 보여준다. 마지막으로 대규모 합성, 생물안전성, 규제의 조화, 대중의 수용성과 관련된 번역(translation) 과제가 논의되며, 유연 전자소자, 오가노온칩(organ-on-chip) 모델, 그리고 AI 기반 설계를 결합한 학제 간 전략을 통해 CBN 기반 정밀 진단 및 개인 맞춤형 테라노스틱스의 임상적 번역을 진전시키기 위한 제안이 이루어진다.

양자점-도핑 나노복합체(QDNCs)는 진단 의학에서 획기적인 전환을 의미하며, 질병 발병 초기 단계에서 초고감도이면서도 정확한 검출을 가능하게 한다. 크기 조절이 가능한 광학적 특성, 높은 양자 수율, 그리고 양자점(QDs)의 광안정성을 활용함으로써, 이들 물질은 복잡한 생물학적 환경에서 펨토몰(femtomolar) 농도 수준의 바이오마커를 고도로 민감하게 식별할 수 있게 한다. QDs를 나노복합체에 통합하면 표적 전달, 신호 증폭, 다기능성 등과 같은 더 나은 진단 양식에 도달할 수 있으며, 암 진단, 감염성 질환 진단, 실시간 혈당측정(glucometry) 등 다양한 응용 분야가 있다. 또한 코어-쉘 및 하이브리드 구조의 고도화된 재료 설계는 QDs의 안정성과 생체적합성을 향상시킨다. 표면 기능화의 개선과 그린(green) 합성 접근법은 독성 및 대량생산(스케일업)과 관련된 문제들을 완화하였고, 재료는 현재 임상 영역에서 사용하기에 적합해졌다. 더 나아가, QDNCs와 머신러닝의 결합은 실시간 분석과 개인맞춤형 의학이 가능한 지능형 진단 도구에 대해 유망한 전망을 제공한다. 본 총설은 QDNCs의 공학적 설계, 의료 진단에서의 혁신적 역할, 그리고 현장 진료(point-of-care) 기기의 판도를 바꿀 잠재력을 검토한다. 생체적합성, 독성, 대량생산성에 관한 주요한 중개(translational) 과제를 해결할 수 있다면, QD 기반 기술은 정밀 진단의 새로운 표준을 정립하고 전 세계 보건의료에서 새로운 발전을 이끌어낼 수 있을 것이다.

또한 다양한 유기 및 무기 물질에 대해 강한 간섭 저감(anti-interference) 능력을 보였으며, 우수한 재현성(reproducibility), 반복성(repeatability), 재사용성(reusability)과 더불어 30일 동안 뛰어난 안정성을 나타냈다. 제안된 현장(포인트-오브-케어) 전기화학 시스템은 휴대 가능하고 저렴한 LIG 전극 설계와 소형 스마트폰 무결성(compact smartphone integrity)을 특징으로 하며, 농촌 및 저자원 지역의 실시간 수질 모니터링에서 기존 벤치탑(potentiostat) 포텐시오스탯 대비 그 장점을 부각한다.

이는 낮은 에너지 요구량을 강조한다. 현장(in situ) 라만 분광법은 활성 자리로서 Fe─Ru(OOH)의 형성을 확인하고, UV-Vis 분석은 4-NP의 신속한 분해를 확인하며, DFT 계산은 Ru─Fe 접합부에서의 향상된 전자적 상호작용을 보여 실험적 관찰과 일치한다. 탁월한 활성은 시너지적인 Fe-Ru 상호작용, 지그재그(edge) 결함의 존재, 그리고 VC 지지체의 우수한 전도성에 기인한다.

이황화몰리브덴(MoS2)은 탁월한 특성으로 인해 지속가능한 에너지 해법을 탐색하는 과정에서 유망한 소재로 부상하였다. 본 논문은 에너지 관련 응용에서 MoS2의 잠재력을 구조, 합성 방법, 그리고 공학적 전략에 초점을 맞추어 포괄적으로 탐구한다. MoS2의 단일층 및 계층적 구조와 같은 독특한 구조적 특징을 상세히 고찰하며, 이러한 특징이 에너지 변환 및 저장 현상에 미치는 중대한 영향을 부각한다. 또한 상향식 접근과 하향식 접근을 모두 포함하는 다양한 합성 기법을 논의하고, 특정 응용에 맞게 MoS2의 형태와 물성을 제어하도록 이러한 방법을 어떻게 맞춤화할 수 있는지 설명한다. 에너지 기술을 위해 MoS2를 최적화하기 위한 공학적 전략 또한 탐구한다. 여기에는 나노구조 조절, 이종원소 도핑, 이종구조(heterostructure) 통합, 층간 공간의 조작 등이 포함되며, 이는 에너지 생성 및 저장 소자에서 소재의 성능을 향상시킬 수 있다. 아울러 이러한 전략들이 MoS2 기반 기술의 효율, 안정성 및 확장성 향상에 있어 갖는 중요성이 강조된다. 종합적으로, 본 연구는 에너지 기술을 지속가능성과 효율성의 방향으로 추진할 MoS2의 막대한 잠재력을 부각하며, 에너지 분야의 미래에 대한 기대와 낙관을 불어넣는다.

센서는 습한 실온 조건에서 실시간 어류 품질 모니터링에 성공적으로 적용되었다. 우리의 연구 결과는 파장 제어된 빛의 활성화 하에서 특정 가스 분자에 대한 선택적 검출을 구현하는 물질 기반 전략을 제공한다.