SÍNTESIS DE PUNTOS DE CARBONO FLUORESCENTES A PARTIR DE MONOSACÁRIDOS.
Hola queridos Steemians, saludos a todos. Como ya les había mencionado en mi post anterior, soy estudiante de la licenciatura en química en la Universidad del Zulia, ya estoy en finalizando mi carrera y como parte de mi trabajo de investigación nos hemos planteado la síntesis de puntos cuánticos a partir de monosacáridos y su caracterización a partir de espectroscopia de infrarrojo bidimensional. Antes de adentrarnos en el tema en cuestión es importante definir qué es un punto cuántico.
¿Qué es un punto cuántico?
Los puntos cuánticos, son nanomateriales semiconductores. Normalmente contienen desde 100 hasta 100.000 átomos, con diámetros en el intervalo entre 2 a 10 nanómetros (nm). Debido a su tamaño tan pequeño los puntos cuánticos sufren una serie de efectos cuánticos como es la discretización de sus bandas de energía. Como una propiedad interesante que presentan estas estructuras es el confinamiento cuántico en las tres direcciones del espacio, debido a que los electrones estás restringidos a moverse en regiones muy pequeñas, menos de 10 nm.
Figura 1. Fluorescencia de los puntos cuánticos de diferentes tamaños.
Las investigaciones en este campo, especialmente en la síntesis de nanopartículas fluorescentes más conocidas como lo son los puntos cuánticos tradicionales se han enfocado últimamente en sus usos en campos como biosensores o y bioimagen, pero desafortunadamente estos puntos cuánticos tradicionales son generalmente sintetizados a partir de metales tóxicos como lo son el plomo y el cadmio, lo que limita su en aplicaciones biológicas debido a los posibles riesgos ambientales ya que son materiales altamente tóxicos. Es entonces cuando los puntos cuánticos a partir de fuentes de carbono entran en juego.
Figura 2. Punto Cuántico.
Síntesis de puntos de carbono fluorescente a partir de monosacáridos
Los puntos de carbono fluorescentes son una clase de nanomateriales emergentes los cuales son sintetizados a partir de fuentes de carbono, esta nueva clase de materiales han sido aclamados como potenciales reemplazos no tóxicos a los puntos cuánticos semiconductores tradicionales descritos anteriormente.
Las síntesis efectivas para este tipo de puntos de carbono han llevado a los investigadores a encontrar fuentes de carbono fácilmente disponibles, baratas y renovables, para las cuales la glucosa es un candidato ideal ya que es un es un carbohidrato.
Figura 3. Estructura de la glucosa.
No solo la glucosa es barata y está disponible comercialmente, sino que también tiene una baja temperatura de carbonización, el anillo se abre fácilmente para proporcionar un resto aldehídico reactivo que puede aprovecharse más para conjugaciones, polimerizaciones y formación (hetero) aromática, que son ideales para generar carbón dots. Por estas razones, además de la baja toxicidad y la alta solubilidad en agua de la glucosa, este monosacárido en particular se ha usado ampliamente como una fuente ideal de carbono para la formación de puntos de carbono.
La síntesis asistida por microondas de PCF a partir de una solución de glucosa en presencia de polietilenglicol es, el primer ejemplo reportado que implica el uso de carbohidrato.
Figura 4. Reacción de glucosa impulsada por microondas en presencia de PEG para producir Carbon-Dots de emisión azul. Fuente: elaboración propia.
Síntesis con microondas
Las microondas son ondas electromagnéticas localizadas en un intervalo de frecuencia que va de 300 a 300000 MHz. Su radiación no posee características ionizantes, no produce cambios en la estructura molecular y origina el movimiento de las moléculas debido a la migración de iones y a la rotación de dipolos.
Por lo tanto, la síntesis asistida por microondas representa un gran avance en la metodología de la química sintética, un cambio significativo en la manera en la que se lleva a cabo la síntesis química y en la forma que se percibe dentro de la comunidad científica. El calentamiento convencional muchas veces es ineficaz y consume mucho tiempo y energía. La síntesis mediante microondas proporciona a los químicos orgánicos más tiempos para expandir su creatividad científica, comprobar nuevas teorías y desarrollar nuevos procesos. Así mismo, la síntesis con microondas permite la obtención de muchas reacciones en minutos, mejorando el rendimiento y llevando a procesos más limpios.
En la Figura 5, podemos observar la vista frontal de un horno microondas utilizador para asistir este tipo de síntesis.
Figura 6. Yo dentro del laboratorio realizando la síntesis de los puntos cuánticos de carbono.
La síntesis de nanopuntos fluorescentes de carbono ha despertado interés debido a las propiedades relacionadas con el confinamiento cuántico, efectos de borde y grupos funcionales en la superficie.
Se ha demostrado ya que el uso de microondas para asistir este tipo de síntesis resulta factible, además de ser una técnica amigable con el ambiente. Se espera que estas nanoestructuras sean una alternativa más eficiente respecto a los tradicionales puntos cuánticos de semiconductores, ya que elimina el uso de metales de transición (metales pesados) y como resultado se obtienen nanopartículas con baja toxicidad, alta solubilidad, inercia química, estable fotoluminiscencia y alta resistencia al fotoblanqueamiento. Estas propiedades les confieren potenciales aplicaciones en biomedicina, energía y medio ambiente.
Espero que les guste mi post y que sea de interés, saludos.
Referencias.
1. C. C. José, «Síntesis orgánica asistida por microondas. Obtención de enol carbamatos, tetrahidroisoquinolinas, benzoazepinas, tiazolinas, sulfuros de fosfoles, isoflavonas, arilcumarinas, cumarinocumarinas y núcleos de dendrímeros. Aplicaciones,» Universidad de Santiago de Compostela. Facultad de Ciencias. , pp. 4 - 5, 2009.
2. J. C. G. Esteves Da Silva y H. M. R. Goncalves, «Analytical and bioanalytical applications of carbon dots,» TrAC Trends in analytical chemistry, vol. 30, nº 8, pp. 1327-1336, 2011.
3. L. Ma, W. Xiang, H. Gao, J. Wang, Y. Ni y X. Liang, «Facile Synthesis of Tunable Fluorescent Carbon Dots and Their Third-Order Nonlinear Optical Properties,» Dyes and Pigments, vol. 128, pp. 1-7, 2016.
4. W. Wang, L. Cheng y W. Liu, «Biological applications of carbon dots,» Science China Chemistry, vol. 57, nº 4, pp. 522-539, 2014.
Esta muy interesante el tema y que se hagan este tipo de investigaciones acerca de nanopartículas y nanoestructuras aqui en Venezuela. La vedad son avances e investigaciones que son realmente necesarias para el desarrollo del pais. Excelente!
Hola @mayterevilla, upv0t3
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<3 Este es un corazón, o un helado, tu eliges .
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