Le caratteristiche ottiche uniche dei punti quantici li rendono uno strumento attraente per molte applicazioni, dai display all'avanguardia all'imaging medico. Fisico, le proprietà chimiche o biologiche dei punti quantici devono, però, essere adattato per applicazioni specifiche. Sfortunatamente, i punti quantici preparati con metodi chimici che utilizzano reazioni clic a base di rame distruggono la capacità dei punti quantici di emettere luce. Gli scienziati russi hanno dimostrato, però, che i punti quantici di ossido di zinco (ZnO) preparati con un nuovo metodo, dopo la modifica mediante la reazione di clic tramite ioni di rame, conservano completamente la loro capacità di emettere luce.

"Le reazioni clic catalizzate dai cationi di rame hanno attirato a lungo l'attenzione dei chimici che si occupano di punti quantici. I risultati sperimentali, però, sono stati deludenti:dopo la modifica, la luminescenza era così scarsa che semplicemente non erano adatte all'uso. Siamo stati i primi a dimostrare che è possibile produrre punti quantici da precursori organometallici preservando le loro preziose proprietà ottiche dopo essere stati sottoposti a reazioni click catalizzate dal rame, " afferma il Prof. Janusz Lewinski (IPC PAS, FC WUT).

I punti quantici sono strutture cristalline con una dimensione di pochi nanometri. Come materiali semiconduttori, presentano una varietà di caratteristiche interessanti tipiche degli oggetti quantistici, compreso l'assorbimento e l'emissione di radiazioni a un'energia strettamente definita. Poiché gli atomi interagiscono con la luce in modo simile, i punti quantici sono spesso chiamati atomi artificiali. In alcuni aspetti, però, i punti quantici sono più versatili degli atomi. Le proprietà ottiche di ciascun punto dipendono in realtà dalle dimensioni e dal tipo di materiale da cui sono formati. Ciò significa che i punti quantici possono essere progettati con precisione per applicazioni specifiche.

Per adattarli ad applicazioni specifiche, i punti quantici devono essere adattati in termini di proprietà fisico-chimiche. Per questo scopo, molecole chimiche con caratteristiche adeguate sono attaccate alla loro superficie. Per la semplicità, efficacia, e velocità del processo, un metodo eccezionalmente conveniente è la reazione al clic. Sfortunatamente, Le reazioni click degli ioni di rame determinano l'estinzione quasi completa della luminescenza dei punti quantici.

"Il fallimento è solitamente il risultato della qualità inadeguata dei punti quantici, che è determinato dal metodo di sintesi. Attualmente, I punti ZnO sono prodotti principalmente con il metodo sol-gel da precursori inorganici. I punti quantici generati in questo modo sono rivestiti con un guscio protettivo eterogeneo e probabilmente che perde, composto da vari tipi di molecole chimiche. Durante una reazione di clic, gli ioni di rame sono in contatto diretto con la superficie dei punti quantici e ne estinguono la luminescenza, che diventa completamente inutile, " spiega la dott.ssa Agnieszka Grala (IPC PAS), il primo autore dell'articolo in Comunicazioni chimiche rivista.

Per molti anni, Il team del prof. Lewinski ha sviluppato metodi alternativi per la preparazione di punti quantici di ZnO di alta qualità. Il metodo presentato in questo documento offre i punti quantici derivati ​​da precursori organozinco. La composizione delle nanoparticelle può essere programmata nella fase di preparazione dei precursori, che rende possibile controllare con precisione il carattere della loro interfaccia organico-inorganico.

"Le nanoparticelle prodotte con il nostro metodo sono cristalline e hanno tutte quasi le stesse dimensioni. Sono sferiche e hanno le caratteristiche dei tipici punti quantici. Ogni nanoparticella è stabilizzata da una guaina protettiva impermeabile, costituito da composti organici, saldamente ancorato alla superficie del nucleo semiconduttore. Di conseguenza, i nostri punti quantici rimangono stabili per lungo tempo e non si aggregano, cioè raggrupparsi in soluzioni, "dice Malgorzata Wolska-Pietkiewicz, uno studente di dottorato presso FC WUT.

"La chiave del successo è produrre un guscio stabilizzante uniforme. Tali rivestimenti sono caratteristici dei punti quantici di ZnO ottenuti con il nostro metodo. Lo strato organico si comporta come un ombrello protettivo stretto che protegge i punti dall'influenza diretta degli ioni di rame, " afferma il Dr. Grala e chiarisce:"Abbiamo effettuato una reazione di clic nota come cicloaddizione alchino-azide, in cui abbiamo usato un composto di rame(l) come catalizzatore. Dopo la funzionalizzazione, i nostri punti quantici brillavano come all'inizio".

I punti quantici hanno molteplici applicazioni in vari processi industriali e come nanomarcatori in biologia e medicina, dove sono combinati con molecole biologicamente attive. I nanooggetti funzionalizzati in questo modo vengono utilizzati per etichettare sia le singole cellule che i tessuti interi. Le proprietà uniche dei punti quantici consentono anche il monitoraggio a lungo termine dell'elemento etichettato. Punti quantici comunemente usati, però, contengono metalli pesanti tossici, compreso il cadmio. Inoltre, si aggregano in soluzioni, che sostiene la tesi della mancanza di tenuta dei loro gusci. Nel frattempo, i puntini ZnO prodotti dal gruppo del Prof. Lewinski sono atossici, non si aggregano, e può essere legato a molti composti chimici, quindi sono più adatti per la diagnosi medica e per l'imaging di cellule e tessuti.