La perspectiva de convertir el carbón en partículas fluorescentes puede parecer demasiado buena para ser verdad, pero la posibilidad existe, gracias a los científicos de la Universidad de Rice.

El laboratorio de Rice del químico James Tour encontró métodos simples para reducir tres tipos de carbón en puntos cuánticos de grafeno (GQD), discos microscópicos de óxido de grafeno de un átomo de espesor que podrían usarse en imágenes médicas, así como en la detección, aplicaciones electrónicas y fotovoltaicas.

El hallazgo se informó hoy en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

Los huecos de banda determinan cómo un material semiconductor transporta una corriente eléctrica. En puntos cuánticos, los espacios de banda son responsables de su fluorescencia y se pueden ajustar cambiando el tamaño de los puntos. El proceso de Tour y compañía permite una medida de control sobre su tamaño, generalmente de 2 a 20 nanómetros, dependiendo de la fuente del carbón.

Hay muchas formas de hacer GQD ahora, pero la mayoría son caras y producen cantidades muy pequeñas, Tour dijo. Aunque otro laboratorio de Rice encontró una manera el año pasado de fabricar GQD a partir de fibra de carbono relativamente barata, El carbón promete mayores cantidades de GQD que se abaratan aún más en un solo paso químico, él dijo.

"Queríamos ver qué hay en el carbón que podría ser interesante, así que lo sometemos a un procedimiento de oxidación muy simple, Tour explicó. Eso implicó triturar el carbón y bañarlo en soluciones ácidas para romper los enlaces que mantienen unidos los diminutos dominios del grafeno.

"No se puede simplemente tomar un trozo de grafeno y cortarlo fácilmente así de pequeño, " él dijo.

Tour dependió del laboratorio del químico y coautor Angel Martí de Rice para ayudar a caracterizar el producto. Resultó que diferentes tipos de carbón producían diferentes tipos de puntos. Los GQD se derivaron del carbón bituminoso, antracita y coque, un subproducto del refino de petróleo.

Cada uno de los carbones se sonicó en ácidos nítrico y sulfúrico y se calentó durante 24 horas. El carbón bituminoso produjo GQD de entre 2 y 4 nanómetros de ancho. Coque produjo GQD entre 4 y 8 nanómetros, y estructuras apiladas de antracita de 18 a 40 nanómetros, con pequeñas capas redondas encima más grandes, capas más delgadas. (Solo para ver que pasaba, los investigadores trataron las escamas de grafito con el mismo proceso y obtuvieron escamas de grafito en su mayoría más pequeñas).

Tour dijo que los puntos son solubles en agua, y las primeras pruebas han demostrado que no son tóxicos. Eso ofrece la promesa de que las GQD pueden servir como antioxidantes efectivos, él dijo.

Las imágenes médicas también podrían beneficiarse enormemente, ya que los puntos muestran un rendimiento robusto como agentes fluorescentes.

"Uno de los problemas con las sondas estándar en espectroscopía fluorescente es que cuando las carga en una celda y las golpea con láseres de alta potencia, los ve desde una fracción de segundo hasta más de unos segundos, y eso es, "Dijo Martí." Todavía están ahí, pero han sido fotoblanqueados. Ya no emiten fluorescencia ".

Las pruebas en el laboratorio Martí mostraron que los GQD resisten el blanqueamiento. Después de horas de excitación, Martí dijo, la respuesta fotoluminiscente de los GQD de origen carbón apenas se vio afectada.

Eso podría hacerlos adecuados para su uso en organismos vivos. "Porque son tan estables, teóricamente podrían hacer que las imágenes sean más eficientes, " él dijo.

Un pequeño cambio en el tamaño de un punto cuántico - tan solo una fracción de un nanómetro - cambia sus longitudes de onda fluorescentes por un factor medible, y eso resultó ser cierto para los GQD de origen carbón, Dijo Martí.

El bajo costo también será un atractivo, según Tour. "El grafito cuesta 2 dólares, 000 una tonelada para lo mejor que hay, del Reino Unido, ", dijo." El grafito más barato es de $ 800 la tonelada de China. Y el carbón cuesta entre $ 10 y $ 60 la tonelada.

"El carbón es el material más barato que puede obtener para producir GQD, y descubrimos que podemos obtener un rendimiento del 20 por ciento. Entonces, este descubrimiento realmente puede cambiar la industria de los puntos cuánticos. Le mostrará al mundo que dentro del carbón se encuentran estas estructuras muy interesantes que tienen un valor real ".