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Punto cuántico de grafeno

Los puntos cuánticos de grafeno ( GQD ) son nanopartículas de grafeno con un tamaño inferior a 100 nm . [1] Debido a sus propiedades excepcionales, como baja toxicidad, fotoluminiscencia estable, estabilidad química y efecto de confinamiento cuántico pronunciado , los GQD se consideran un material novedoso para aplicaciones biológicas, optoelectrónicas, energéticas y ambientales. [2]

Propiedades

Los puntos cuánticos de grafeno (GQD) consisten en una o unas pocas capas de grafeno y tienen un tamaño menor a 100 nm. [3] [1] Son química y físicamente estables, tienen una gran relación superficie-masa y se pueden dispersar en agua fácilmente debido a los grupos funcionales en los bordes. [4] [5] La emisión de fluorescencia de los GQD puede extenderse a través de un amplio rango espectral, incluidos los rayos UV, visible e IR. El origen de la emisión de fluorescencia de los GQD es un tema de debate, ya que se ha relacionado con efectos de confinamiento cuántico, estados de defecto y grupos funcionales [6] [7] que podrían depender del pH , cuando los GQD se dispersan en agua. [8] Su estructura electrónica depende sensiblemente de la orientación cristalográfica de sus bordes, por ejemplo, los GQD con bordes en zigzag con un diámetro de 7-8 nm muestran un comportamiento metálico. [9] En general, su brecha de energía disminuye cuando aumenta el número de capas de grafeno o el número de átomos de carbono por capa de grafeno. [10]

Salud y seguridad

La toxicidad de las nanopartículas de la familia del grafeno es un tema de investigación en curso. [2] [11] La toxicidad (tanto in vivo como citotoxicidad) de los GQD está relacionada con una variedad de factores que incluyen el tamaño de partícula, los métodos de síntesis, el dopaje químico, etc. [12] Muchos autores afirman que los GQD son biocompatibles y causan solo una baja toxicidad [4] [13] ya que solo están compuestos de materiales orgánicos, lo que debería conducir a una ventaja sobre los puntos cuánticos semiconductores . [5] Varios estudios in vitro , basados ​​​​en cultivos celulares, muestran solo efectos marginales de los GQD en la viabilidad de las células humanas. [1] [14] [15] [16] Una mirada en profundidad a los cambios de expresión genética causados ​​​​por GQD con un tamaño de 3 nm reveló que solo uno, a saber, la selenoproteína W, 1 de 20 800 expresiones genéticas se vio afectada significativamente en células madre hematopoyéticas humanas primarias. [17] Por el contrario, otros estudios in vitro observan una clara disminución de la viabilidad celular y la inducción de la autofagia después de la exposición de las células a los GQD [18] y un estudio in vivo en larvas de pez cebra observó la alteración de la expresión de 2116 genes. [19] Estos hallazgos inconsistentes pueden atribuirse a la diversidad de los GQD utilizados, ya que la toxicidad relacionada depende del tamaño de las partículas, los grupos funcionales de la superficie, el contenido de oxígeno, las cargas de la superficie y las impurezas. [20] Actualmente, la literatura es insuficiente para sacar conclusiones sobre los posibles peligros de los GQD. [11]

Preparación

En la actualidad, se han desarrollado diversas técnicas para preparar GQD. Estos métodos normalmente se clasifican en dos grupos: de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba. Los enfoques de arriba hacia abajo aplican diferentes técnicas para cortar materiales grafíticos a granel en GQD, incluidos grafito, grafeno, nanotubos de carbono, carbón, negro de carbono y fibras de carbono. Estas técnicas incluyen principalmente la litografía por haz de electrones , la síntesis química , la preparación electroquímica, la reducción de óxido de grafeno (GO), la transformación catalítica de C60 , el método hidrotérmico asistido por microondas (MAH), [21] [22] el método Soft-Template, [23] el método hidrotérmico , [24] [25] [26] y el método de exfoliación ultrasónica. [27] Los métodos de arriba hacia abajo generalmente necesitan una purificación intensa ya que en estos métodos se utilizan ácidos mixtos fuertes. Por otro lado, los métodos de abajo hacia arriba ensamblan GQD a partir de pequeñas moléculas orgánicas como el ácido cítrico [28] y la glucosa. Estos GQD tienen una mejor biocompatibilidad. [12]

Solicitud

Los puntos cuánticos de grafeno se estudian como un material multifuncional avanzado debido a sus propiedades ópticas , electrónicas , [9] de espín , [29] y fotoeléctricas únicas inducidas por el efecto de confinamiento cuántico y el efecto de borde. Tienen posibles aplicaciones en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer, [1] bioimagen , [30] terapia fototérmica , [3] [31] detección de temperatura , [32] administración de fármacos , [33] [34] convertidores de encendedores LED , fotodetectores , células solares OPV y material fotoluminiscente, fabricación de biosensores. [35]

Véase también

Referencias

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