Hoy en día, Las nanopartículas de óxido de zinc se encuentran entre los nanomateriales más utilizados. Parecen seguros para los humanos, pero todavía no existen estándares para su toxicidad, y a pesar de las investigaciones, el impacto toxicológico de los nanomateriales de ZnO sigue siendo ambiguo. Investigadores de la Academia de Ciencias de Polonia (IPC PAS) en Varsovia y la Universidad Tecnológica de Varsovia (PW) han desarrollado recientemente un método para producir puntos cuánticos de ZnO sin defectos con propiedades fisicoquímicas duraderas como la monodispersidad, una eficiencia cuántica relativamente alta, vidas de luminiscencia récord y silencio EPR en condiciones estándar. Las capas orgánicas impermeables y estrechamente coordinadas que estabilizan la superficie hacen que los nuevos puntos cuánticos de ZnO sean resistentes tanto a entornos químicos como biológicos.

"Nuestros nanocristales de óxido de zinc son de una alta calidad sin precedentes, caracterizado por propiedades químicas y físicas significativamente mejores que las que se producen actualmente con el método sol-gel más popular que involucra precursores inorgánicos, "dice el profesor Janusz Lewinski (IPC PAS, PW). "La vida útil de la luminiscencia es mucho más larga hasta en varios órdenes de magnitud. Además, hasta ahora, sólo se han observado pequeñas desintegraciones de fotoluminiscencia de ZnO, del orden de unos pocos a una docena de picosegundos, característica de las nanopartículas sol-gel, o un poco más largo, nanosegundos, típico sólo para monocristales de ZnO ".

Combinado con moléculas biológicamente activas, las nuevas nanopartículas podrían usarse en biología o medicina, p.ej. para obtener imágenes de células y tejidos, lo que permitiría un seguimiento mucho más preciso del desarrollo de la enfermedad y la eficacia del tratamiento. En un artículo publicado en Química:una revista europea , los científicos de Varsovia, en colaboración con un grupo de la Universidad Jagellónica de Cracovia, demostró que sus nanopartículas de óxido de zinc son seguras. La investigación podría conducir a la rápida introducción de los nuevos puntos cuánticos de ZnO para laboratorios biológicos y médicos y otras aplicaciones.

Los nanocristales de ZnO fabricados de forma clásica mediante el método sol-gel no están bien estabilizados ni aislados del medio ambiente. Por ejemplo, las interacciones que ocurren en la interfaz entre el núcleo de ZnO inorgánico y el ambiente biológico pueden conducir a la generación de especies reactivas de oxígeno o la disolución y liberación de cationes de zinc potencialmente tóxicos.

"El óxido de zinc generalmente se considera un material relativamente seguro y biocompatible. Sin embargo, Muchos estudios toxicológicos del ZnO se refieren a nanopartículas de tamaño heterogéneo y también demasiado grandes para poder penetrar en las células. También nos dimos cuenta de que en la práctica, muchas de las características de las nanopartículas dependen no solo de su tamaño, pero también sobre las propiedades superficiales tanto del ZnO nanocristalino como de la capa estabilizadora orgánica. Por lo tanto, decidimos modificar nuestro one-pot, método de síntesis organometálico autoportante, para que las nanopartículas de ZnO producidas se comporten de la forma más neutra posible en el interior de las células, "dice el Dr. Malgorzata Wolska-Pietkiewicz (PW).

El equipo del profesor Lewinski produce puntos cuánticos de óxido de zinc a partir de compuestos organometálicos (precursores). Para aplicaciones biológicas, el resultado final es estable, Nanopartículas esféricas que consisten en un núcleo cristalino de ZnO con un diámetro de cuatro a cinco nanómetros rodeado por una capa de ligandos orgánicos. Esta capa aumenta el tamaño de las nanopartículas (su diámetro hidrodinámico es de aproximadamente 12 nm) y protege el núcleo inorgánico de la degradación debido a la interacción con lo que a menudo es un entorno biológico muy reactivo. mientras se elimina la influencia del propio ZnO en este entorno.

"Las nanopartículas con tamaños de núcleo inferiores a 10 nm penetran en el interior de las células con especial facilidad. Estas partículas se consideran potencialmente las más tóxicas. Curiosamente, estas nanopartículas de ZnO mostraron efectos dañinos extremadamente bajos en pruebas de modelos in vitro. Los resultados recientes, así como los estudios realizados simultáneamente en el equipo matriz, proporcionó más pruebas del carácter único del ZnO nanocristalino obtenido como resultado de la transformación de precursores moleculares organometálicos, "señala el Dr. Wolska-Pietkiewicz.

Sin embargo, existen preocupaciones sobre sus impactos biológicos y ambientales. Las nanopartículas pueden ingresar al cuerpo; el tracto respiratorio que está frecuentemente expuesto a concentraciones elevadas de nanomateriales es particularmente vulnerable a la toxicidad. Por lo tanto, Las líneas celulares A549 y MRC-5 se seleccionaron como modelos in vitro para tumores malignos internos y células pulmonares normales. respectivamente. Investigadores del IPC PAS y PW demostraron que la capa orgánica que rodea las nanopartículas mejoradas es impermeable:los iones de zinc no se liberan al medio ambiente, and reactive oxygen species are not formed. Even at high concentrations, the toxicity of the new ZnO nanoparticles turned out to be negligible.

"Our method for the production of ZnO quantum dots means that they simply do not interact with the biological environment. So we have a strong foundation on which to start working on their applications. Not only in medical imaging, but also in other areas in which nanoparticles could potentially interact with the human body, por ejemplo, as one of the components of paint. We are also developing a new technology for the synthesis of ZnO quantum dots and searching for potential applications as a part of NANOXO, a start-up company, " summarizes Prof. Lewinski.