Las características ópticas únicas de los puntos cuánticos los convierten en una herramienta atractiva para muchas aplicaciones, desde pantallas de última generación hasta imágenes médicas. Físico, Las propiedades químicas o biológicas de los puntos cuánticos deben, sin embargo, adaptarse a aplicaciones específicas. Desafortunadamente, Los puntos cuánticos preparados por métodos químicos utilizando reacciones de clic basadas en cobre destruyen la capacidad de los puntos cuánticos para emitir luz. Los científicos rusos han demostrado, sin embargo, que los puntos cuánticos de óxido de zinc (ZnO) preparados por un nuevo método, después de la modificación por la reacción de clic a través de iones de cobre, conservan plenamente su capacidad para emitir luz.

"Las reacciones de clic catalizadas por cationes de cobre han atraído durante mucho tiempo la atención de los químicos que se ocupan de los puntos cuánticos. Los resultados experimentales, sin embargo, fueron decepcionantes:después de la modificación, la luminiscencia era tan pobre que simplemente no eran aptas para su uso. Fuimos los primeros en demostrar que es posible producir puntos cuánticos a partir de precursores organometálicos conservando sus valiosas propiedades ópticas después de haber sido sometidos a reacciones de clic catalizadas por cobre. "dice el profesor Janusz Lewinski (IPC PAS, FC WUT).

Los puntos cuánticos son estructuras cristalinas con unos pocos nanómetros de tamaño. Como materiales semiconductores, exhiben una variedad de características interesantes típicas de los objetos cuánticos, incluyendo absorber y emitir radiación a una energía estrictamente definida. Dado que los átomos interactúan con la luz de manera similar, Los puntos cuánticos a menudo se denominan átomos artificiales. En ciertos sentidos, sin embargo, los puntos cuánticos son más versátiles que los átomos. Las propiedades ópticas de cada punto dependen en realidad del tamaño y el tipo de material del que están formados. Esto significa que los puntos cuánticos pueden diseñarse con precisión para aplicaciones específicas.

Para adaptarlos a aplicaciones específicas, los puntos cuánticos deben adaptarse en términos de propiedades físico-químicas. Para este propósito, A su superficie se unen moléculas químicas con características adecuadas. Debido a la sencillez, eficacia, y rapidez del proceso, un método excepcionalmente conveniente es la reacción de clic. Desafortunadamente, Las reacciones de clic de iones de cobre dan como resultado la extinción casi completa de la luminiscencia de los puntos cuánticos.

"El fracaso suele ser el resultado de la calidad inadecuada de los puntos cuánticos, que está determinada por el método de síntesis. En la actualidad, Los puntos de ZnO se producen principalmente mediante el método sol-gel a partir de precursores inorgánicos. Los puntos cuánticos generados de esta manera están recubiertos con una capa protectora heterogénea y probablemente con fugas, hecho 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 la Dra. Agnieszka Grala (IPC PAS), el primer autor del artículo en el Comunicaciones químicas diario.

Por muchos 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 artículo proporciona los puntos cuánticos derivados de precursores de organozinc. La composición de las nanopartículas se puede programar en la etapa de preparación de precursores, lo que permite 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, construido de compuestos orgánicos, fuertemente anclado en la superficie del núcleo semiconductor. Como resultado, nuestros puntos cuánticos permanecen estables durante mucho tiempo y no se agregan, es decir, agruparse en soluciones, "dice Malgorzata Wolska-Pietkiewicz, estudiante de doctorado en FC WUT.

"La clave del éxito es producir una capa estabilizadora uniforme. Estos recubrimientos son característicos de los puntos cuánticos de ZnO obtenidos con 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 de alquino-azida, en el que utilizamos un compuesto de cobre (l) como catalizador. Después de la funcionalización, nuestros puntos cuánticos brillaron tan intensamente como al principio ".

Los puntos cuánticos tienen múltiples aplicaciones en diversos procesos industriales y como nanomarcadores en biología y medicina, donde se combinan con moléculas biológicamente activas. Los nanoobjetos funcionalizados de esta manera se utilizan para marcar tanto células individuales como tejidos completos. Las propiedades únicas de los puntos cuánticos también permiten el monitoreo a largo plazo del elemento etiquetado. Puntos cuánticos de uso común, sin embargo, contienen metales pesados ​​tóxicos, incluido el cadmio. Además, se agrupan en soluciones, lo que apoya la tesis de la falta de estanqueidad de sus caparazones. Mientras tanto, los puntos de ZnO producidos por el grupo del profesor Lewinski no son tóxicos, no se agregan, y puede estar unido a muchos compuestos químicos, por lo que son más adecuados para el diagnóstico médico y para la obtención de imágenes de células y tejidos.