Investigadores de IPC PAS, WUT e IRIG compararon las estructuras de las capas orgánicas que estabilizan las QD de ZnO preparadas por ambos métodos (es decir, el método sol-gel comúnmente utilizado y el enfoque OSSOM desarrollado en Varsovia). Intentamos presentar la esencia de nuestra investigación como a) caóticamente ordenada, Manos de diferentes colores:característica de las QD de ZnO derivadas de sol-gel, yb) manos dispuestas en pares, muy regularmente alrededor del núcleo, que es característico de los QD de ZnO preparados por el método OSSOM. Crédito:IPC PAS, G.Krzyzewski
El óxido de zinc nanocristalino (ZnO) es actualmente uno de los nanomateriales de óxido metálico semiconductor más utilizados debido a sus características catalíticas y electroópticas únicas. Las propiedades fisicoquímicas inherentes y distintivas de las nanoestructuras de ZnO dependen de una variedad de factores que están determinados por el procedimiento sintético aplicado y el carácter de la interfaz de nanocristales-ligando resultante. Por lo tanto, la preparación de nanoestructuras estables de ZnO, especialmente nanopartículas con tamaños por debajo de 10 nm, es decir, puntos cuánticos (QD), con las propiedades fisicoquímicas deseadas sigue siendo un gran desafío para los químicos.
Recientemente, Científicos del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias (IPC PAS) y la Universidad Tecnológica de Varsovia (WUT) en cooperación con el Instituto de Investigación Interdisciplinaria de Grenoble (IRIG) utilizaron polarización nuclear dinámica (DNP) - magnética nuclear de estado sólido mejorada espectroscopía de resonancia (RMN) para la caracterización detallada de las interfaces orgánico-inorgánicas de ZnO QD preparadas mediante el proceso tradicional sol-gel y el procedimiento organometálico autoportante de un solo recipiente (OSSOM) desarrollado recientemente. En paralelo, Se llevaron a cabo investigaciones sobre el diseño y preparación de ZnO QD bioestables junto con la determinación de su relación estructura-actividad biológica. Estos estudios fueron publicados en las revistas de alto impacto Angewandte Chemie y Informes científicos .
"Queríamos confirmar sin ambigüedades que las QD de ZnO preparadas en nuestro laboratorio utilizando el enfoque OSSOM son de una calidad sin precedentes, "relata el coautor de ambos artículos, Dra. Magorzata Wolska-Pietkiewicz. "Hasta ahora, Los QD de ZnO se han producido comúnmente mediante un proceso sol-gel. Sin embargo, la principal desventaja de este método tradicional es la baja reproducibilidad, lo que probablemente inhibe tanto la uniformidad de la morfología de las partículas como la composición de la envoltura del ligando orgánico. Como consecuencia, las nanoestructuras resultantes son esencialmente inestables y tienden a agregarse. En mi opinión, esto tiene aplicaciones potenciales significativamente limitadas del ZnO nanocristalino en diversas tecnologías, "añade el Dr. Wolska-Pietkiewicz.
"Una alternativa al omnipresente método sol-gel son los enfoques organometálicos húmedos muy prometedores. Desarrollados recientemente en nuestro laboratorio, El procedimiento OSSOM se basa en la exposición controlada de un precursor de organozinc bien definido al aire. El proceso OSSOM está controlado termodinámicamente y ocurre a temperatura ambiente, "dice el profesor Janusz Lewinski. Para resaltar la superioridad del enfoque organometálico para la preparación de ZnO QD, Se compararon tanto las propiedades impulsadas por el procedimiento como las estructuras de las capas de ligandos orgánicos de las QD preparadas mediante el método OSSOM y el procedimiento sol-gel. Para ello los científicos aplicaron el método DNP-NMR que se está desarrollando en el grupo del Dr. Gaël De Paëpe (IRIG).
“Esta técnica de RMN nos permite estudiar las interfaces de los nanomateriales con precisión atómica y así demostrar la diferencia entre los materiales probados, "continúa el Dr. Daniel Lee y agrega que la capacidad de determinar la naturaleza y estructura exactas de la interfaz brinda una valiosa información sobre los diseños futuros de nanomateriales funcionales nuevos y completamente estables. Además, Las mediciones de DNP-NMR son relativamente rápidas y solo toman unas pocas horas. Esto realmente no es mucho especialmente en comparación con la espectroscopia de RMN convencional, que (en el caso de mediciones con resolución comparable) requeriría ... aproximadamente un año.
"El método OSSOM conduce a la formación de ZnO QD recubiertos con recubrimientos orgánicos fuertemente anclados y altamente ordenados. En contraste, en la superficie de nanoestructuras de ZnO derivadas de sol-gel, las moléculas de ligando de revestimiento se distribuyen aleatoriamente, "Señala el Dr. Wolska-Pietkiewicz. Además, ligands could be easily removed from the surface of QDs derived from sol-gel process, changing the properties of the resulting nanomaterial. "En nuestro método, the surface is super-protected, and QDs are stable. Como resultado, the OSSOM approach affords high-quality ZnO QDs with unique physicochemical properties, which are prospective for biological applications, " adds Dr. Wolska-Pietkiewicz.
The research conducted at the IPC PAS enabled resolving the vastly different nanocrystal-ligand interfaces structure of ZnO NCs. In the photo:Dr. Ma?gorzata Wolska-Pietkiewicz presenting a "perfect" ZnO nanoparticle emerging from a symbolic reaction mixture (balloons). Crédito:IPC PAS, G.Krzyzewski
Why is it so important?
"This preliminary study has only just scratched the surface (pun intended) of what can be achieved, " says Dr. Lee. "We have shown that being able to study nanomaterials' surface stability at an atomic scale enables the understanding of how to provide their stability, which is extremely important from the point of view of subsequent applications:from sensors and optical devices to targeted drug delivery and nanomedicines."
"En el futuro cercano, we could design, por ejemplo, safe and effective drug nanocarriers for cancer therapies, in which we would be able to deposit appropriately selected, active molecules within our ordered organic layer. Positioning is important especially for targeted therapies, p.ej. terapia fotodinámica, because it allows the drug to be released evenly in a particular environment and at the right speed. Además, owing to the achieved ligands ordering, we are able to pack a lot of active drug particles on a small carrier, " adds Professor Lewinski.
