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El fantástico viaje de los puntos cuánticos: ¿cómo hacer magia en biomedicina?
Los puntos cuánticos (QD) son nanopartículas semiconductoras con un diámetro inferior a 10 nanómetros que exhiben propiedades dependientes del tamaño, especialmente en términos de absorción óptica y fotoluminiscencia. Según su diámetro, el pico de emisión de fluorescencia de los QD se puede ajustar, lo que los convierte en sondas y etiquetas versátiles en el campo biomédico. Los QD actualmente en el mercado están hechos principalmente de materiales que contienen cadmio (Cd), lo que hace que su aplicación en organismos vivos esté llena de desafíos y controversias porque los iones de sodio Cd2+ son altamente tóxicos para las células y los tejidos. toxicidad.
Debido a las preocupaciones sobre la posible toxicidad en entornos biológicos, los investigadores han recurrido gradualmente al desarrollo de puntos cuánticos sin cadmio (CFQD) para mejorar su seguridad en aplicaciones biomédicas.
La nueva generación de CFQD, como los puntos cuánticos de azufre/ZnSe dopados con zinc, los puntos cuánticos de grafeno y los puntos cuánticos de silicio, han demostrado su baja toxicidad y su buena estabilidad coloidal y fotoluminiscente, adecuados para modelos in vitro e in vivo. Los QD funcionalizados con ADN o péptidos se utilizan ampliamente, principalmente para obtener imágenes específicas de células y tejidos y para monitorear la administración de fármacos. Por ejemplo, hay múltiples técnicas disponibles para obtener imágenes de QD sin Cd, incluida la microscopía confocal/multifotónica y las imágenes CARS. Estas técnicas permiten a los investigadores observar células y estructuras tisulares con mayor resolución y de forma más biocompatible.
Estos QD también tienen la flexibilidad de escindirse con otros reactivos, como nanopartículas metálicas, etiquetas radiactivas y etiquetas Raman, lo que permite obtener imágenes multimodales a través de nanoetiquetas multifuncionales basadas en QD sin cadmio.
Los puntos cuánticos sin cadmio están diseñados para ir más allá de las imágenes y también pueden usarse como plataforma para terapias y diagnósticos no invasivos, conocidos como Theranostics. Recientemente, los puntos cuánticos sin cadmio también han demostrado un gran potencial en la fabricación de pantallas y células solares de nueva generación.
En el campo de la ciencia de los materiales, la locura por la investigación de los puntos cuánticos continúa calentándose. Las propiedades de estas nanopartículas se pueden manipular y probar para su aplicación para comprender mejor su comportamiento. Sin embargo, la mayoría de los QD están hechos de metales pesados tóxicos, lo que limita su uso en sistemas biológicos. Los consumidores también compran productos que contienen sustancias tóxicas. en riesgo.
Esto ha llevado a los investigadores a desarrollar puntos cuánticos que no contengan metales pesados, como los puntos cuánticos sin cadmio, para abordar este problema.
Durante décadas se han buscado avances en el campo de la medicina para obtener conocimientos sobre enfermedades desconocidas como el cáncer. Aunque la quimioterapia sigue siendo uno de los métodos de tratamiento más utilizados, el movimiento de sustancias químicas tóxicas en el cuerpo conlleva riesgos considerables. En este punto surge el potencial de los puntos cuánticos sin cadmio.
Michael Sailor y su equipo de la Universidad de California en San Diego han desarrollado con éxito los primeros puntos nanocuánticos sin cadmio que emiten luz intensa, lo que permite a los médicos examinar órganos internos y liberar medicamentos contra el cáncer antes de que se degraden en subproductos inofensivos. Este diseño basado en oblea de silicio puede formar ácido silícico necesario en el cuerpo después de la degradación en el cuerpo, lo que ayuda al crecimiento normal de huesos y tejidos.
Casos de aplicación
Puntos cuánticos de zinc y azufre
Como nuevo material para reemplazar los puntos cuánticos de grado cadmio, los puntos cuánticos de zinc y azufre (ZnS QD) han mostrado muchas aplicaciones interesantes en la investigación biomédica, como la detección de toxinas alimentarias, como la dañina aflatoxina B1, que causa la No se pueden subestimar los daños a la salud humana.
Puntos cuánticos de indio
Otro tipo de puntos cuánticos que no contienen metales pesados son los puntos cuánticos basados en indio, especialmente los puntos cuánticos CuInS2, que se utilizan como etiquetas luminiscentes y pueden emitir luz en la región del infrarrojo cercano. La estabilidad, la baja toxicidad y el alto rendimiento cuántico de estos puntos cuánticos los convierten en candidatos prometedores para la administración de fármacos contra el cáncer y la obtención de imágenes.
Puntos cuánticos de silicio
Por último, los puntos cuánticos de silicio también están mostrando gradualmente su potencial en aplicaciones optoelectrónicas y biológicas. Estos puntos cuánticos se pueden utilizar en aplicaciones fotoquímicas y detección biológica, lo que demuestra su valor en aplicaciones como la detección de formaldehído en agua.
A medida que los científicos obtienen una comprensión más profunda de los puntos cuánticos, los cambios que pueden aportar a la biomedicina y la ciencia de materiales del futuro son interesantes. ¿Cambiará esto nuestra visión del tratamiento y la detección de enfermedades?
