본 연구에서는 고광발광 탄소 나노입자(CNPs)를 고압 및 고온 조건에서 피페라진 시트레이트(piperazine citrate)의 열분해(pyrolytic decomposition)로 제조하였다. 피페라진은 가수분해(hydrolytic), 표면 패시베이션(surface-passivating), 그리고 N-도핑(N-doping) 제 역할을 하며, 광중합체의 형성을 촉진한다. 표면 보호/패시베이션 없이 합성된 CNPs는 우수한 광발광 특성을 보였고, 최대 양자수율은 84%이다. N-도핑된 CNPs의 평균 입자 크기는 0.89±0.05 nm이다. 또한 N-도핑된 CNPs는 균일한 직경과 거의 구형에 가까운 형상을 나타낸다. X선 광전자 분광법(X-ray photoelectron spectroscopy) 결과에 따르면 CNPs는 탄소(64.4 wt%), 산소(18.5 wt%), 그리고 질소(17.1 wt%)로 구성되어 있으며, CNPs 내에 질소 도핑 및 탄소가 풍부한 작용기(moieties)가 존재함을 시사한다. 특히, 본 연구에서 개발한 절차로 정제한 CNPs는 기존의 투석(dialysis) 막으로 정제한 것보다 더 안정적인 발광 특성을 보였다. 아울러, 넓은 투여 범위(dosing window)를 제공하고 다색(multicolor) 발광을 나타내는 형광 생체이미징 프로브로서 CNPs의 잠재적 응용 가능성을 평가하기 위해, A549 세포를 CNPs와 직접 공기양성(cultur-ing)하였다. 그 결과, CNPs는 뛰어난 광학적 안정성뿐 아니라 우수한 생체적합성 및 세포 표지 능력을 함께 나타내는 것으로 확인되었다. A549 세포를 CNPs와 배양한 후, CNPs는 세포질에서 과립(granulated) 형태를 띠면서 핵을 보존한 채 핵주위(perinuclear) 소포와 유사한 형태로 국소화되었다. 특히 핵 수축(nuclear contraction)과 같은 유의미한 형태학적 손상은 관찰되지 않았다.
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