Oggi, Le nanoparticelle di ossido di zinco sono tra i nanomateriali più comunemente usati. Sembrano essere sicuri per gli umani, ma non ci sono ancora standard per la loro tossicità, e nonostante le indagini, l'impatto tossicologico dei nanomateriali ZnO rimane ambiguo. I ricercatori dell'Accademia polacca delle scienze (IPC PAS) di Varsavia e dell'Università tecnologica di Varsavia (PW) hanno recentemente sviluppato un metodo per produrre punti quantici di ZnO privi di difetti con proprietà fisico-chimiche durature come la monodispersione, un'efficienza quantica relativamente alta, durata della luminescenza record e silenziosità EPR in condizioni standard. I gusci organici strettamente coordinati e impermeabili che stabilizzano la superficie rendono i nuovi punti quantici ZnO resistenti agli ambienti sia chimici che biologici.

"I nostri nanocristalli di ossido di zinco sono di alta qualità senza precedenti, caratterizzati da proprietà chimiche e fisiche significativamente migliori di quelle attualmente prodotte con il più popolare metodo sol-gel che coinvolge precursori inorganici, " afferma il Prof. Janusz Lewinski (IPC PAS, PW). "La durata della luminescenza è molto più lunga fino a diversi ordini di grandezza. Inoltre, fino ad ora, sono stati osservati solo brevi decadimenti della fotoluminescenza di ZnO, nell'ordine da pochi a una dozzina di picosecondi, caratteristica per nanoparticelle sol-gel, o leggermente più lungo, nanosecondi, tipico solo per i monocristalli di ZnO."

In combinazione con molecole biologicamente attive, le nuove nanoparticelle potrebbero essere utilizzate in biologia o in medicina, per esempio. per l'imaging di cellule e tessuti, che consentirebbe un monitoraggio molto più accurato dello sviluppo della malattia e dell'efficacia del trattamento. In un articolo pubblicato su Chimica - Una rivista europea , gli scienziati di Varsavia, in collaborazione con un gruppo dell'Università Jagellonica di Cracovia, hanno dimostrato che le loro nanoparticelle di ossido di zinco sono sicure. La ricerca potrebbe portare alla rapida introduzione dei nuovi punti quantici ZnO per laboratori biologici e medici e altre applicazioni.

I nanocristalli di ZnO prodotti in maniera classica con il metodo sol-gel non sono ben stabilizzati o isolati dall'ambiente. Per esempio, le interazioni che si verificano all'interfaccia tra il nucleo inorganico di ZnO e l'ambiente biologico possono portare alla generazione di specie reattive dell'ossigeno o alla dissoluzione e al rilascio di cationi di zinco potenzialmente tossici.

"L'ossido di zinco è generalmente considerato un materiale relativamente sicuro e biocompatibile. Tuttavia, molti studi tossicologici sullo ZnO riguardano nanoparticelle di dimensioni eterogenee e anche troppo grandi per poter penetrare nelle cellule. Ci siamo anche resi conto che in pratica, molte delle caratteristiche delle nanoparticelle dipendono non solo dalla loro dimensione, ma anche sulle proprietà superficiali sia dello ZnO nanocristallino che dello strato stabilizzante organico. Perciò, abbiamo deciso di modificare il nostro one-pot, metodo di sintesi organometallico autoportante, in modo che le nanoparticelle di ZnO prodotte si comportino nel modo più neutro possibile all'interno delle cellule, " afferma la dott.ssa Malgorzata Wolska-Pietkiewicz (PW).

Il team del prof. Lewinski produce punti quantici di ossido di zinco da composti organometallici (precursori). Per applicazioni biologiche, il risultato finale è stabile, nanoparticelle sferiche costituite da un nucleo cristallino di ZnO con un diametro da quattro a cinque nanometri circondato da un guscio di ligandi organici. Questo guscio aumenta la dimensione delle nanoparticelle (il loro diametro idrodinamico è di circa 12 nm) e protegge il nucleo inorganico dalla degradazione dovuta all'interazione con quello che è spesso un ambiente biologico molto reattivo, eliminando l'influenza dello stesso ZnO su questo ambiente.

"Le nanoparticelle con dimensioni del nucleo inferiori a 10 nm penetrano all'interno delle cellule in modo particolarmente facile. Tali particelle sono considerate potenzialmente le più tossiche. È interessante notare che queste nanoparticelle di ZnO hanno mostrato effetti nocivi estremamente bassi nei test modello in vitro. I recenti risultati, così come gli studi condotti contemporaneamente nell'équipe dei genitori, ha fornito ulteriori prove del carattere unico dello ZnO nanocristallino ottenuto a seguito della trasformazione di precursori molecolari organometallici, " nota il dott. Wolska-Pietkiewicz.

Però, ci sono preoccupazioni per i loro impatti biologici e ambientali. Le nanoparticelle possono entrare nel corpo:il tratto respiratorio è spesso esposto a concentrazioni elevate di nanomateriali ed è particolarmente vulnerabile alla tossicità. Perciò, Le linee cellulari A549 e MRC-5 sono state selezionate come modelli in vitro per neoplasie interne e cellule polmonari normali, rispettivamente. Researchers from the IPC PAS and PW showed that the organic layer surrounding the improved nanoparticles is impermeable—zinc ions are not released into the environment, and reactive oxygen species are not formed. Even at high concentrations, the toxicity of the new ZnO nanoparticles turned out to be negligible.

"Our method for the production of ZnO quantum dots means that they simply do not interact with the biological environment. So we have a strong foundation on which to start working on their applications. Not only in medical imaging, but also in other areas in which nanoparticles could potentially interact with the human body, Per esempio, as one of the components of paint. We are also developing a new technology for the synthesis of ZnO quantum dots and searching for potential applications as a part of NANOXO, a start-up company, " summarizes Prof. Lewinski.