Las características ópticas únicas de los puntos cuánticos los convierten en una herramienta atractiva para muchas aplicaciones, desde pantallas de vanguardia hasta imágenes médicas. Sin embargo, las propiedades físicas, químicas o biológicas de los puntos cuánticos deben adaptarse a las necesidades deseadas. Desafortunadamente, hastaAhora los puntos cuánticos preparados por métodos químicos podrían funcionalizarse usando reacciones de clic a base de cobre con retención de su luminiscencia. Este obstáculo puede atribuirse al hecho de que los iones de cobre destruyen la capacidad de los puntos cuánticos para emitir luz. Científicos del Instituto de Química Físicade la Academia Polaca de Ciencias IPC PAS en Varsovia y la Facultad de Química de la Universidad Tecnológica de Varsovia FC WUT han demostrado, sin embargo, que los puntos cuánticos de óxido de zinc ZnO preparados por un método original desarrollado por ellos, después demodificación por la reacción del clic con la participación de iones de cobre, conservan completamente su capacidad de emitir luz.
"Las reacciones de clic catalizadas por los cationes de cobre han atraído durante mucho tiempo la atención de los químicos que trabajan con puntos cuánticos. Sin embargo, los resultados experimentales fueron decepcionantes: después de la modificación, la luminiscencia era tan pobre que simplemente no eran aptos para su uso.primero para demostrar que es posible producir puntos cuánticos a partir de precursores organometálicos de manera que no pierdan sus valiosas propiedades ópticas después de ser sometidos a reacciones de clic catalizadas por cobre ", dice el profesor Janusz Lewinski IPC PAS, FC WUT.
Los puntos cuánticos son estructuras cristalinas con un tamaño de unos pocos nanómetros milmillonésimas partes de un metro. Como materiales semiconductores, exhiben una variedad de características interesantes típicas de los objetos cuánticos, incluida la absorción y emisión de radiación de una energía estrictamente definida.los átomos interactúan con la luz de manera similar, los puntos cuánticos a menudo se llaman átomos artificiales. Sin embargo, en algunos aspectos, los puntos cuánticos ofrecen más posibilidades que los átomos. Las propiedades ópticas de cada punto realmente dependen de su tamaño y del tipo de material del que esformado, lo que significa que los puntos cuánticos pueden diseñarse con precisión para aplicaciones específicas.
Para satisfacer la necesidad de aplicaciones específicas, los puntos cuánticos deben adaptarse en términos de propiedades fisicoquímicas. Para este propósito, las moléculas químicas con características adecuadas se unen a su superficie. Debido a la simplicidad, eficacia y velocidad deproceso, un método excepcionalmente conveniente es la reacción de clic. Desafortunadamente, una de las reacciones de clic más utilizadas se lleva a cabo con la participación de iones de cobre, que se informó que da como resultado la extinción casi completa de la luminiscencia de los puntos cuánticos.
"La falla suele ser el resultado de la calidad inadecuada de los puntos cuánticos, que se determina mediante el método de síntesis. Actualmente, los puntos ZnO se producen principalmente mediante el método sol-gel a partir de precursores inorgánicos. Los puntos cuánticos generados de esta manera están recubiertos conuna capa protectora heterogénea y probablemente con fugas, hecha de varios tipos de moléculas químicas. Durante una reacción de clic, los iones de cobre están en contacto directo con la superficie de los puntos cuánticos y apagan la luminiscencia del punto, que se vuelve completamente inútil ", explica el Dr.Agnieszka Grala IPC PAS, el primer autor del artículo en el Comunicaciones químicas diario
Durante varios años, el equipo del profesor Lewinski ha estado desarrollando métodos alternativos para la preparación de puntos cuánticos de ZnO de alta calidad. El método presentado en este documento proporciona los puntos cuánticos derivados de precursores de organozinc. La composición de las nanopartículas se puede programar en la etapade preparación de precursores, lo que hace posible controlar con precisión el carácter de su interfaz orgánico-inorgánico.
"Las nanopartículas producidas por nuestro método son cristalinas y todas tienen casi el mismo tamaño. Son esféricas y tienen características de puntos cuánticos típicos. Cada nanopartícula está estabilizada por una cubierta protectora impermeable, construida de compuestos orgánicos, fuertemente anclada en la superficie deel núcleo semiconductor. Como resultado, nuestros puntos cuánticos permanecen estables durante mucho tiempo y no se agregan, es decir, se agrupan en soluciones ", describe Malgorzata Wolska-Pietkiewicz, un estudiante de doctorado en FC WUT.
"La clave del éxito es producir una capa estabilizadora uniforme. Tales recubrimientos son característicos de los puntos cuánticos de ZnO obtenidos por nuestro método. La capa orgánica se comporta como un paraguas protector apretado que protege los puntos de la influencia directa de los iones de cobre", dice el Dr.Grala y aclara: "Llevamos a cabo una reacción de clic conocida como cicloadición alquino-azida, en la que utilizamos un compuesto de cobre l como catalizadores. Después de la funcionalización, nuestros puntos cuánticos brillaron tan intensamente como al principio".
Los puntos cuánticos siguen encontrando cada vez más aplicaciones en diversos procesos industriales y como nanomarcadores, entre otros, en biología y medicina, donde se combinan con moléculas biológicamente activas. Los nanoobjetos funcionalizados de esta manera se utilizan para etiquetar tanto células individuales comotejidos completos. Las propiedades únicas de los puntos cuánticos también permiten el monitoreo a largo plazo del artículo marcado. Sin embargo, los puntos cuánticos de uso común contienen metales pesados tóxicos, incluido el cadmio. Además, se agrupan en soluciones, lo que respalda la tesis defalta de estanqueidad de sus capas. Mientras tanto, los puntos de ZnO producidos por el grupo del profesor Lewinski no son tóxicos, no se agregan y pueden unirse a muchos compuestos químicos, por lo que son mucho más adecuados para el diagnóstico médico y para la obtención de imágenescélulas y tejidos.
La investigación sobre los métodos de producción de puntos cuánticos de ZnO funcionalizados se llevó a cabo bajo una subvención OPUS del Centro Nacional de Ciencias de Polonia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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