Premio Nobel de Química por los puntos cuánticos

tel 2023 Premio Nobel de Química ha sido otorgado a Moungi Bawendi del Instituto Tecnológico de Massachusetts, Luis Brus de la Universidad de Columbia y Alexéi Ekimov de Nanocrystals Technology Inc. “para el descubrimiento y síntesis de puntos cuánticos”. Las propiedades de estas nanopartículas, como el color y las características térmicas, cambian con su tamaño.

“Estos logros representan un hito importante en la nanotecnología. Y hoy en día, existen numerosas aplicaciones de los puntos cuánticos, que van desde pantallas QLED hasta imágenes en bioquímica y medicina, y mucho más”, dijo Johan Aqvistbioquímico de la Universidad de Uppsala y presidente del Comité Nobel de Química, en la conferencia de prensa.

Ya en los años 30, investigadores como el físico Herbert Fröhlich de la Universidad de Bristol habían predicho las propiedades inusuales de las nanopartículas, pero durante muchos años los investigadores no pudieron probarlas. “Durante las siguientes cinco décadas, parecía casi imposible fabricar tales materiales”, dijo Heiner Linkeinvestigador de nanociencia de la Universidad de Lund y miembro del Comité Nobel de Química, en la rueda de prensa.

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En 1981Sin embargo, Ekimov, que trabaja en el Instituto Óptico Estatal SI Vavilov en la antigua Unión Soviética, hizo un descubrimiento innovador al medir la absorción de luz del vidrio coloreado.¹ En ese momento, los científicos sabían que agregar una sola sustancia al vidrio podía dar como resultado diferentes colores de vidrio, dependiendo de cómo se calentaba y enfriaba el material. Ekimov utilizó cloruro de cobre para colorear el vidrio calentándolo a diferentes temperaturas y enfriándolo durante diferentes períodos de tiempo. Esto produjo pequeños cristales de cloruro de cobre de diferentes tamaños. Cuando midió la absorción de luz del vidrio, encontró que el tamaño de las partículas afectaba su absorción de luz; las partículas más pequeñas absorbieron la luz más azul. Ekimov se dio cuenta de que había demostrado un efecto cuántico dependiente del tamaño y, aunque publicó sus hallazgos en una revista de investigación soviética, era difícil acceder a su investigación en los Estados Unidos.

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Sin conocer la investigación de Ekimov, Brus, que en ese momento trabajaba en los Laboratorios Bell en los Estados Unidos, produjo de forma independiente puntos cuánticos por su cuenta dos años después.² Brus experimentó con pequeñas partículas de sulfuro de cadmio para su trabajo sobre el uso de energía solar para impulsar reacciones químicas. Notó que las propiedades ópticas de estas partículas cambiaban con el tiempo y planteó la hipótesis de que se debía a que las partículas crecían. Luego comparó partículas de diferentes tamaños y observó el mismo efecto cuántico dependiente del tamaño, convirtiéndose en la primera persona en descubrir puntos cuánticos en solución.

“Sin embargo”, dijo Åqvist, “para que estos puntos cuánticos sean realmente útiles, [scientists] Era necesario poder realizarlos en solución con un control exquisito de su tamaño y superficie. Moungi Bawendi inventó un ingenioso método químico para lograr precisamente esto. Ahora podría fabricar nanopartículas perfectas de un tamaño muy específico y de muy alta calidad”. La técnica de síntesis precisa de Bawendi, publicada en 1993permitió un uso comercial más amplio de los puntos cuánticos.³

Si bien los puntos cuánticos aún no se utilizan ampliamente en biomedicina, tienen muchas aplicaciones potenciales, incluidas imágenes de células vivas y tumores, fototerapia para el cáncer y administración de medicamentos rastreables.⁴ Los puntos cuánticos siguen siendo un área activa de investigación y, según Linke, “creemos que las aplicaciones realmente importantes todavía están en el futuro”.

Referencias

1. Ekimov AI, Onushchenko AA. Efecto del tamaño cuántico en cristales semiconductores microscópicos tridimensionales. Revista soviética de letras de física teórica y experimental. 1981;34:345.
2. Rossetti R et al. Efectos del tamaño cuántico en los potenciales redox, espectros de resonancia Raman y espectros electrónicos de cristalitos de CdS en solución acuosa. La revista de física química. 1983;79(2):1086-1088.
3. Murray CB et al. Síntesis y caracterización de nanocristalitos semiconductores de CdE (E = azufre, selenio, telurio) casi monodispersos. J Am Chem Soc. 1993;115(19):8706-8715.
4. Abdellatif AAH et al. Aplicaciones biomédicas de los puntos cuánticos: descripción general, desafíos y potencial clínico. Nanomedicina Int J. 2022;17:1951-1970.