Diminutas partículas de materia llamadas puntos cuánticos, que emiten luz con colores excepcionalmente puros y brillantes, han encontrado un papel destacado como marcadores biológicos. Además, se están dando cuenta de su potencial en las pantallas de la computadora y la televisión, y prometen en iluminación de estado sólido. Una nueva investigación en el MIT ahora podría hacer que estos puntos cuánticos sean aún más eficientes en la entrega de colores de luz ajustados con precisión.

Estos materiales, llamados nanocristales de puntos cuánticos semiconductores coloidales, puede emitir cualquier color de luz, dependiendo de su tamaño exacto o composición. Pero existe cierta variabilidad en la difusión de colores que producen diferentes lotes de nanocristales, y hasta ahora no ha habido forma de saber si esa variabilidad proviene del interior de partículas individuales o de variaciones entre los nanocristales en un lote.

Ese es el acertijo que un equipo del MIT ha resuelto ahora, utilizando un nuevo método de observación. Los resultados aparecen en la revista Química de la naturaleza en un artículo del profesor de química Moungi Bawendi, estudiante de posgrado Jian Cui, y otros seis.

Para muchas aplicaciones, como las pantallas planas, es importante crear partículas que emitan un color puro de la luz. Entonces, Es importante saber si un proceso dado produce nanocristales con un espectro de emisión de color intrínsecamente estrecho o amplio.

"Es necesario comprender cómo se relaciona el espectro de una sola partícula con el espectro de todo el conjunto, ", Dice Cui. Pero los métodos de observación existentes que detectan un conjunto completo producen datos que" difuminan la información, "y los métodos que intentan extraer datos de partículas individuales tienen limitaciones.

Observando miles de millones a la vez

El nuevo método desarrollado en el laboratorio de Bawendi, es una desviación radical de los medios convencionales de observación de las emisiones de luz de un solo emisor. Normalmente, esto se hace aislando emisores individuales, estabilizándolos sobre un sustrato, y observándolos uno a la vez.

Pero este enfoque tiene dos inconvenientes, Bawendi explica:"Solo obtienes números pequeños, porque estás mirando uno a la vez, y hay un sesgo de selección, porque normalmente miras a los brillantes ".

El nuevo método, llamado espectroscopía de Fourier de correlación de fotones en solución, permite extraer propiedades espectrales de una sola partícula de un gran grupo de partículas. Si bien no le dice el ancho de pico espectral de una partícula específica, le da el ancho espectral promedio de una sola partícula de miles de millones de partículas, revelando si las partículas individuales producen colores puros o no.

Además, Bawendi explica, las partículas "no están aisladas en una superficie, pero [están] en su entorno natural, en una solución ". Con los métodos tradicionales, "Siempre hay una pregunta:¿Cuánto afecta la superficie a los resultados?"

El método funciona comparando pares de fotones emitidos por partículas individuales. Eso no te dice el color absoluto de ninguna partícula en particular, pero da una medida estadística representativa de toda la colección de partículas. Para ello, ilumina la solución de muestra con un rayo láser y detecta la luz emitida en escalas de tiempo extremadamente cortas. Entonces, si bien las diferentes partículas no se diferencian en el espacio, se pueden diferenciar en el tiempo, a medida que entran y salen del estrecho rayo láser y son activados por el rayo.

"Obtenemos el ancho de línea promedio de una sola partícula en la solución, sin ningún sesgo de selección, ", Dice Cui. Al aplicar este método a la producción de nanocristales de puntos cuánticos, el equipo del MIT puede determinar qué tan bien funcionan los diferentes métodos para sintetizar las partículas.

Afinando el proceso

"Era una pregunta abierta si los anchos de línea de un solo punto eran variables o no, "Cui dice. Ahora, él y sus colegas pueden determinar esto para cada variación en el proceso de fabricación, y comience a ajustar el proceso para producir la salida más útil para diferentes aplicaciones.

Además de las pantallas de computadora, tales partículas tienen aplicaciones en la investigación biomédica, donde se utilizan como agentes de tinción para diferentes bioquímicos. Cuanto más precisos sean los colores de las partículas, cuanto mayor sea el número de partículas de diferentes colores que se pueden utilizar a la vez en una muestra, cada uno dirigido a un tipo diferente de biomolécula.

Usando este método, los investigadores pudieron demostrar que un material ampliamente utilizado para puntos cuánticos, seleniuro de cadmio, de hecho produce colores muy puros. Pero, encontraron que otros materiales que podrían reemplazar el seleniuro de cadmio o producir diferentes colores, como el fosfuro de indio, también puede tener colores intrínsecamente muy puros. Previamente, esta era una pregunta abierta.

Todd Krauss, un profesor de química en la Universidad de Rochester que no participó en esta investigación, dice que el "enfoque del equipo del MIT es muy inteligente y se basa en lo que este grupo ha hecho anteriormente". Es importante medir los anchos de línea de las partículas individuales, él dice, en la optimización de aplicaciones como pantallas de televisión y marcadores biológicos. Él añade, "Deberíamos poder hacer avances mucho mejores ahora que se publica esta técnica, debido a la capacidad de obtener anchos de línea de una sola partícula en muchas partículas a la vez ".

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.