El grupo de investigación de Procesos de polimerización del instituto POLYMAT de la UPV/EHU ha logrado una eficiente encapsulación de nanocristales semiconductores o puntos cuánticos de diversos tamaños en partículas poliméricas, consiguiendo una gran estabilidad de sus propiedades ópticas y un buen control de la fluorescencia al combinar diferentes puntos cuánticos. Asimismo ha investigado la posible aplicabilidad de estos materiales como sensores de compuestos orgánicos volátiles.
La nanotecnología y la nanociencia son disciplinas en las que se diseñan, fabrican y estudian estructuras moleculares de diminutas dimensiones con propiedades físicas y químicas especiales. Uno de los tipos de partículas que se estudian en estas disciplinas son los puntos cuánticos, unos nanocristales semiconductores de un tamaño que oscila entre los 2 nm y los 10 nm, que tienen excelentes propiedades ópticas y electrónicas. Entre ellas, cabe destacar que emiten luz de colores diferentes dependiendo de su tamaño, es decir, “varía la longitud de onda de emisión variando únicamente el tamaño del nanocristal, sin modificar su composición”, explica Alicia de San Luis, investigadora de Polymat y autora del trabajo.
Sus propiedades hacen que los puntos cuánticos puedan ser útiles para diversas aplicaciones como la detección en biomedicina, la producción de placas solares y LEDs, el uso como sensores de compuestos orgánicos volátiles (COVs) y como fotosensibilizadores. Sin embargo, ”también hay que tener en cuenta sus inconvenientes: son difíciles de manipular, por su pequeño tamaño, y son tóxicos, dado que los puntos cuánticos de mayor calidad están mayoritariamente compuestos por metales pesados”, apunta la investigadora.
Para sacar el mayor partido a las excelentes propiedades ópticas de estas nanopartículas, pero sin olvidar los problemas de toxicidad que presentan, en el instituto de investigación Polymat de la UPV/EHU han conseguido encapsular eficientemente puntos cuánticos comerciales en partículas de polímero dispersas en agua, manteniendo la fluorescencia de los puntos cuánticos durante largos periodos de tiempo. “El principal objetivo era encapsular los puntos cuánticos en partículas de polímero un poco más grandes, para protegerlos y facilitar, a su vez, su manipulación sin que perdieran sus propiedades”, apunta la autora de la investigación. “Hemos puesto en marcha un método sencillo con buenos resultados: partículas de polímero con fluorescencias estables durante un mínimo de 9 meses”, añade.
Una vez alcanzado el primer objetivo, “el siguiente paso fue lograr la encapsulación de combinaciones de puntos cuánticos de diferentes tamaños para crear un código de barras que se pudiera utilizar para la detección múltiple en sistemas biológicos”, explica. Así, han conseguido controlar la fluorescencia de estas combinaciones, ya que utilizando puntos cuánticos que emiten a diferentes longitudes de onda, “se pueden detectar sus señales simultáneamente, sin que se superpongan una a otra”. Esto puede servir para detección biomédica, ya que existe la posibilidad de modificar la superficie de la partícula de polímero con diferentes analitos (o diferentes anticuerpos o antígenos). En opinión de la investigadora, “se trata de una técnica de detección bastante potente, sencilla y rápida. La mayoría de los laboratorios cuentan con un fluorímetro, y, además, no habría que esperar días para procesar la muestra”.
Por otra parte, también han investigado la combinación de los puntos cuánticos con otras nanopartículas inorgánicas (CeO2), coencapsulándolas en las mismas partículas de polímero. En este estudio han podido observar “un incremento de la emisión de fluorescencia durante el tiempo de exposición a la luz solar”.
Por último, en la investigación se ha abordado la posible aplicabilidad de diversas combinaciones sintetizadas como sensores ópticos y eléctricos de compuestos orgánicos volátiles (COVs), mediante la producción de nanofibras y su posterior contacto con COVs. Esta parte de la investigación, está llevándose a cabo en colaboración con Tecnalia. “En este caso trabajamos tanto en fluorescencia como en medidas de conductividad de las nanofibras”, explica Alicia de San Luis.
Esta investigación ha sido llevada a cabo por Alicia de San Luis González (Valladolid, 1988), en el marco de su tesis doctoral en el instituto de investigación Polymat de la UPV/EHU. La tesis doctoral, titulada Nanostructured polymeric aqueous dispersions containing quantum dots, ha sido dirigida por Jose Ramon Leiza, catedrático de la Facultad de Química de la UPV/EHU y director de Polymat, y por María Paulis, profesora titular de la Facultad de Química de la UPV/EHU. En la última parte de la tesis y actualmente se trabaja en colaboración con Tecnalia en la parte de los COVs.
Fotografía: Imagen microscópica de puntos cuánticos (puntos oscuros) encapsulados en partículas de polímero (Dr. Mariano Barrado / UPV/EHU)
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