Puntos de carbono fluorescentes: nuevo material emergente.

Los puntos cuánticos son nano partículas semiconductoras que cuando se exponen a la luz, emiten claramente colores diferentes dependiendo de su tamaño. Son materiales semiconductores que se vuelven fluorescentes cuando resultan excitados por los fotones o electrones. Estas nanopartículas fueron descubiertas en los años 80 por Alexei Ekimov y Louis Brus las obtuvo en disolución coloidal. Desde aquellos años, las referencias científicas de trabajos utilizando quantum dots se han visto incrementadas exponencialmente, con más de 4000 artículos al año durante la última década, y más de 6000 anualmente en los últimos cinco años.

Actualmente las nanopartículas fluorescentes, como nanoparticulas de tinta, acumulaciones metales, nanoparticulas de tierras raras y por supuesto los puntos cuánticos tradicionales, han tenido un mayor enfoque en la búsqueda y el desarrollo de usos como biosensores y bioimagen durante la pasada década.

Desafortunadamente los puntos cuánticos tradicionales son comúnmente sintetizados a partir de metales tóxicos como el plomo y el cadmio, lo que limita su uso más generalizados en aplicaciones biológicas debido a los posibles riesgos ambientales y problemas de alta toxicidad a largo plazo.

Algunas propiedades de los puntos cuánticos son las siguientes:
• Son altamente tóxicos
• son insolubles en medios acuosos
• tienen elevada fotoestabilidad
• poseen un elevado rendimiento cuántico.

Pero el origen de este tipo de nanomateriales ha impedido un uso biológico más amplio, especialmente in vivo, y la tarea de identificar nanoparticulas benignas sustitutas se ha convertido en un foco de interés en este campo. Debido a esto resulta de gran interés el desarrollo de nanoparticulas fluorescentes amigables con el medio ambiente y de baja toxicidad.

Además de esto, otro de los grandes problemas que se presenta a la hora de sintetizar este tipo de materiales es que en la mayoría de los casos su longitud de onda de excitación se encuentra en la regio UV, lo que es contraproducente debido a los efectos secundarios que esta puede tener en el humano, en tal sentido la necesidad de sintetizar nanoestructuras fotoluminiscentes que emitan en el rango espectral visible a infrarrojo cercano está aumentando rápidamente.

Es entonces cuando surgen los puntos de carbono fluorescentes.

Los puntos de carbono fluorescentes son una clase de nanomateriales emergentes hechos de fuentes de carbono que han sido aclamados como potenciales reemplazos no tóxicos a los puntos cuánticos semiconductores tradicionales.

La nanopartículas fluorescentes ha atraído cada vez más la atención en el área de la investigación debido a sus prometedoras aplicaciones en campos que abarcan desde la bionanotecnología hasta la electroóptica.

Los PCF como una clase reciente de puntos cuánticos han atraído considerablemente la atención debido a sus propiedades ópticas únicas, tales como:

• la solubilidad en agua
• baja toxicidad
• biocompatibilidad
• alto rendimiento cuántico
• excelente estabilidad química.

Por lo tanto desde el 2006 el número de publicaciones científicas en PCF ha aumentado de manera exponencial y esto se debe además a la facilidad para realizar este tipo de síntesis y su bajo costo.

Entre las aplicaciones de mayor relevancia para este tipo de material se encuentra que podrían ser útiles en biomedicina y especialmente en la obtención de imágenes de células y tejidos humanos vivos. Se pueden utilizar para observar estructuras y eventos a escala molecular dentro de células y tejidos y tienden a ser más brillantes y a mantener su fluorescencia mucho más tiempo que los tintes fluorescentes convencionales, que a menudo sólo emiten luz durante unos segundos.

Referencias.

1. Esteves y Col., 2011, “Analytical and bioanalytical applications of carbon dots”, TrAC, 8: (1327 – 1336).
2. González y Col., 2010, “Electronica del Grafeno”, Investigación y Ciencia, 408: (42-49).
3. Pombo y Col., 2011, “Puntos cuánticos: Nueva aportación de la nanotecnología en investigación y medicina”, RCCV, 1: (69-102).