Puntos cuánticos de MoS2 en solución acuosa (izquierda) y un aumento ultra alto de un punto cuántico de MoS2 (derecha). Los puntos cuánticos de MoS2 sintetizados con el nuevo enfoque desarrollado por investigadores de la Universidad Nacional de Singapur pueden potencialmente generar propiedades para matar el cáncer. Crédito:Universidad Nacional de Singapur
Nanomateriales bidimensionales (2-D) de dicalcogenuros de metales de transición (TMD) como molibdenita (MoS) 2 ), que poseen una estructura similar a la del grafeno, se han puesto los materiales del futuro por su amplia gama de aplicaciones potenciales en biomedicina, sensores, catalizadores, fotodetectores y dispositivos de almacenamiento de energía. La contraparte más pequeña de los TMD 2-D, también conocidos como puntos cuánticos TMD (QD) acentúan aún más las propiedades ópticas y electrónicas de los TMD, y son altamente aprovechables para aplicaciones catalíticas y biomédicas. Sin embargo, TMD QDs apenas se usa en aplicaciones ya que la síntesis de TMD QDs sigue siendo un desafío.
Ahora, Los ingenieros de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) han desarrollado una estrategia rentable y escalable para sintetizar TMD QD. La nueva estrategia también permite que las propiedades de TMD QD se diseñen específicamente para diferentes aplicaciones, dando así un salto adelante para ayudar a realizar el potencial de TMD QD.
Estrategia ascendente para sintetizar TMD QD
La síntesis actual de nanomateriales de TMD se basa en un enfoque de arriba hacia abajo en el que los minerales de TMD se recolectan y se descomponen de una escala milimétrica a nanométrica a través de medios físicos o químicos. Este método, si bien es eficaz para sintetizar nanomateriales TMD con precisión, es de escasa escalabilidad y costoso, ya que separar los fragmentos de nanomateriales por tamaño requiere múltiples procesos de purificación. Usar el mismo método para producir TMD QD de un tamaño constante también es extremadamente difícil debido a su diminuto tamaño.
Para superar este desafío, un equipo de ingenieros del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Facultad de Ingeniería de NUS desarrolló una nueva estrategia de síntesis ascendente que puede construir consistentemente TMD QD de un tamaño específico, un método más económico y escalable que el enfoque convencional de arriba hacia abajo. Los TMD QD se sintetizan haciendo reaccionar óxidos o cloruros de metales de transición con precursores de calógeno en condiciones de temperatura ambiente y acuosas suaves. Usando el enfoque de abajo hacia arriba, el equipo sintetizó con éxito una pequeña biblioteca de siete TMD QD y pudo alterar sus propiedades electrónicas y ópticas en consecuencia.
El profesor asociado David Leong del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Facultad de Ingeniería de NUS dirigió el desarrollo de este nuevo método de síntesis. Él explicó, "Usar el enfoque de abajo hacia arriba para sintetizar TMD QDs es como construir un edificio desde cero usando concreto, componente de acero y vidrio; nos da un control total sobre el diseño y las características del edificio. Similar, Este enfoque ascendente nos permite variar la proporción de iones de metales de transición e iones de calcógeno en la reacción para sintetizar los QD de TMD con las propiedades que deseamos. Además, a través de nuestro enfoque de abajo hacia arriba, somos capaces de sintetizar nuevos QD de TMD que no se encuentran de forma natural. Pueden tener nuevas propiedades que pueden conducir a nuevas aplicaciones ".
Aplicación de TMD QD en la terapia del cáncer y más allá
El equipo de ingenieros de NUS luego sintetizó MoS2 QD para demostrar aplicaciones biomédicas de prueba de concepto. A través de sus experimentos, El equipo demostró que las propiedades de defectos de los QD de MoS2 se pueden diseñar con precisión utilizando el enfoque ascendente para generar diferentes niveles de estrés oxidativo. y por lo tanto se puede utilizar para terapia fotodinámica, una terapia contra el cáncer emergente.
"La terapia fotodinámica utiliza actualmente compuestos orgánicos fotosensibles que producen estrés oxidativo para matar las células cancerosas. Estos compuestos orgánicos pueden permanecer en el cuerpo durante unos días y se aconseja a los pacientes que reciben este tipo de terapia fotodinámica que no se expongan innecesariamente a la luz brillante. Los QD de MoS2 pueden ofrecer una alternativa más segura a estos compuestos orgánicos, ya que algunos metales de transición como el Mo son en sí mismos minerales esenciales y pueden metabolizarse rápidamente después del tratamiento fotodinámico. Realizaremos más pruebas para verificar esto ". Agregó el profesor adjunto Leong.
El potencial de los TMD QD, sin embargo, va mucho más allá de las aplicaciones biomédicas. Avanzando el equipo está trabajando para ampliar su biblioteca de QD de TMD utilizando la estrategia ascendente, y optimizarlos para otras aplicaciones como las pantallas de TV y dispositivos electrónicos de próxima generación, componentes electrónicos avanzados e incluso células solares.
