Los puntos cuánticos, pequeñas partículas que emiten luz en una deslumbrante variedad de colores brillantes, tienen el potencial para muchas aplicaciones, pero se han enfrentado a una serie de obstáculos para mejorar el rendimiento. Pero un equipo del MIT dice que ha logrado superar todos estos obstáculos a la vez, mientras que los esfuerzos anteriores solo han podido abordarlos uno o unos pocos a la vez.

Puntos cuánticos, en este caso, un tipo específico llamado puntos cuánticos coloidales:son partículas diminutas de material semiconductor que son tan pequeñas que sus propiedades difieren de las del material a granel:se rigen en parte por las leyes de la mecánica cuántica que describen cómo se comportan los átomos y las partículas subatómicas. Cuando se ilumina con luz ultravioleta, los puntos brillan intensamente en una gama de colores, determinado por los tamaños de las partículas.

Descubierto por primera vez en la década de 1980, Estos materiales han sido objeto de una intensa investigación debido a su potencial para proporcionar ventajas significativas en una amplia variedad de aplicaciones ópticas. pero su uso real se ha visto limitado por varios factores. Ahora, investigación publicada esta semana en la revista Materiales de la naturaleza por el postdoctorado de química del MIT Ou Chen, Moungi Bawendi, el profesor de química Lester Wolfe, y varios otros plantean la posibilidad de que todos estos factores limitantes puedan superarse.

El nuevo proceso desarrollado por el equipo del MIT produce puntos cuánticos con cuatro cualidades importantes:tamaños y formas uniformes; emisiones brillantes, producir una eficiencia de emisión cercana al 100 por ciento; un pico de emisiones muy estrecho, lo que significa que los colores emitidos por las partículas se pueden controlar con precisión; y una eliminación de la tendencia a parpadear de forma intermitente, lo que limitó la utilidad de aplicaciones anteriores de puntos cuánticos.

Tintes biológicos multicolores

Por ejemplo, Una aplicación potencial de gran interés para los investigadores es como sustituto de los tintes fluorescentes convencionales utilizados en pruebas e investigaciones médicas. Los puntos cuánticos podrían tener varias ventajas sobre los tintes, incluida la capacidad de etiquetar muchos tipos de células y tejidos en diferentes colores debido a su capacidad para producir tan estrechos, variaciones de color precisas. Pero el efecto de parpadeo ha obstaculizado su uso:en procesos biológicos de rápido movimiento, a veces puede perder el rastro de una sola molécula cuando su punto cuántico adjunto parpadea.

Los intentos anteriores de abordar un problema de puntos cuánticos tendían a empeorar otros, Chen dice. Por ejemplo, para suprimir el efecto de parpadeo, las partículas se hicieron con conchas gruesas, pero esto eliminó algunas de las ventajas de su pequeño tamaño.

El pequeño tamaño de estos nuevos puntos es importante para posibles aplicaciones biológicas, Bawendi explica. "[Nuestros] puntos son aproximadamente del tamaño de una molécula de proteína, ", dice. Si quieres etiquetar algo en un sistema biológico, él dice, la etiqueta tiene que ser lo suficientemente pequeña para que no abrume a la muestra o interfiera significativamente con su comportamiento.

Los puntos cuánticos también se consideran potencialmente útiles para crear pantallas de televisión y ordenadores de bajo consumo energético. Si bien estas pantallas se han producido con la tecnología de puntos cuánticos existente, su rendimiento podría mejorarse mediante el uso de puntos con colores controlados con precisión y una mayor eficiencia.

Combinando las ventajas

Así que la investigación reciente se ha centrado en "las propiedades que realmente necesitamos para mejorar la aplicación [de los puntos] como emisores de luz, ", Dice Bawendi, cuáles son las propiedades que los nuevos resultados han demostrado con éxito. Los nuevos puntos cuánticos, por primera vez, él dice, "combinan todos estos atributos que la gente cree que son importantes, al mismo tiempo."

Las nuevas partículas se fabricaron con un núcleo de material semiconductor (seleniuro de cadmio) y capas delgadas de un semiconductor diferente (sulfuro de cadmio). Demostraron una eficiencia de emisión muy alta (97 por ciento), así como pequeñas, tamaño uniforme y picos de emisión estrechos. Parpadear fue fuertemente suprimido, lo que significa que los puntos permanecen "en" el 94 por ciento del tiempo.

Un factor clave para que estas partículas alcanzaran todas las características deseadas fue hacerlas crecer en solución lentamente, para que sus propiedades puedan controlarse con mayor precisión, Chen explica. "Algo muy importante es la velocidad de síntesis, " él dice, "para dar el tiempo suficiente para permitir que cada átomo vaya al lugar correcto".

El lento crecimiento debería facilitar la ampliación a grandes volúmenes de producción, él dice, porque facilita el uso de contenedores grandes sin perder el control sobre los tamaños finales de las partículas. Chen espera que las primeras aplicaciones útiles de esta tecnología puedan comenzar a aparecer dentro de dos años.

Taeghwan Hyeon, director del Centro de Investigación de Nanopartículas de la Universidad Nacional de Seúl en Corea, que no participó en esta investigación, dice, "Es muy impresionante, porque con un enfoque aparentemente muy simple, es decir, manteniendo una tasa de crecimiento lenta, pudieron controlar con precisión el grosor de la cáscara, permitiéndoles sintetizar puntos cuánticos muy uniformes y de pequeño tamaño ". Este trabajo, él dice, resuelve uno de los "desafíos clave" en este campo, y "podría encontrar aplicaciones de imágenes biomédicas, y también se puede utilizar para iluminación y pantallas de estado sólido ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.