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A fantástica jornada dos pontos quânticos: como fazer magia na biomedicina?
Quantum Dots (QDs) são nanopartículas semicondutoras com diâmetro inferior a 10 nanômetros que exibem propriedades dependentes do tamanho, especialmente em termos de absorção óptica e fotoluminescência. De acordo com seu diâmetro, o pico de emissão de fluorescência dos QDs pode ser ajustado, tornando-os sondas e rótulos versáteis na área biomédica. Os QDs atualmente no mercado são feitos principalmente de materiais contendo cádmio (Cd), o que torna sua aplicação em organismos vivos repleta de desafios e controvérsias porque os íons Cd2+ sódio são altamente tóxicos para células e tecidos. toxicidade.
Devido a preocupações sobre a potencial toxicidade em ambientes biológicos, os investigadores têm-se voltado gradualmente para o desenvolvimento de pontos quânticos isentos de cádmio (CFQDs), a fim de melhorar a sua segurança em aplicações biomédicas.
A nova geração de CFQDs, como pontos quânticos de enxofre/ZnSe dopados com zinco, pontos quânticos de grafeno e pontos quânticos de silício, demonstraram sua baixa toxicidade e boa estabilidade coloidal e fotoluminescente, adequados para modelos in vitro e in vivo. QDs funcionalizados com DNA ou peptídeos são amplamente utilizados, principalmente para imagens direcionadas de células e tecidos e monitoramento da entrega de medicamentos. Por exemplo, múltiplas técnicas estão disponíveis para geração de imagens de QDs livres de Cd, incluindo microscopia confocal/multifotônica e imagens CARS. Essas técnicas permitem aos pesquisadores observar células e estruturas teciduais com maior resolução e de forma mais biocompatível.
Esses QDs também têm a flexibilidade de clivar com outros reagentes, como nanopartículas metálicas, rótulos radioativos e tags Raman, permitindo imagens multimodais por meio de nanorótulos multifuncionais baseados em QDs livres de cádmio.
Os pontos quânticos sem cádmio foram projetados para ir além da imagem e também podem ser usados como plataforma para terapias e diagnósticos não invasivos, conhecidos como Theranostics. Recentemente, os pontos quânticos sem cádmio também demonstraram grande potencial na fabricação de células solares e displays de nova geração.
No campo da ciência dos materiais, a mania da pesquisa de pontos quânticos continua a crescer. As propriedades destas nanopartículas podem ser manipuladas e testadas para a sua aplicação para compreender melhor o seu comportamento. No entanto, a maioria dos QDs são feitos de metais pesados tóxicos, o que limita a sua utilização em sistemas biológicos. em risco.
Isso levou os pesquisadores a desenvolver pontos quânticos que não contêm metais pesados, como pontos quânticos sem cádmio, para resolver esse problema.
Avanços na área médica têm sido buscados há décadas para obter conhecimento sobre doenças desconhecidas, como o câncer. Embora a quimioterapia ainda seja um dos principais métodos de tratamento, o movimento de produtos químicos tóxicos no corpo traz riscos consideráveis. Neste ponto, surge o potencial dos pontos quânticos livres de cádmio.
Michael Sailor e sua equipe da Universidade da Califórnia, em San Diego, desenvolveram com sucesso os primeiros pontos nanoquânticos livres de cádmio que emitem luz intensa, permitindo aos médicos examinar órgãos internos e liberar medicamentos contra o câncer antes que eles se degradem em subprodutos inofensivos. Este design baseado em wafer de silício pode formar o ácido silícico necessário ao corpo após a degradação no corpo, o que ajuda no crescimento normal dos ossos e tecidos.
Casos de aplicação
Pontos quânticos de zinco-enxofre
Como um novo material para substituir os pontos quânticos de grau de cádmio, os pontos quânticos de zinco-enxofre (QDs de zinco-enxofre) têm mostrado muitas aplicações interessantes em pesquisas biomédicas, como a detecção de toxinas alimentares, como a nociva aflatoxina B1, que causa o os danos à saúde humana não podem ser subestimados.
Pontos quânticos de índio
Outro tipo de pontos quânticos que não contêm metais pesados são os pontos quânticos à base de índio, especialmente os pontos quânticos CuInS2, que são usados como rótulos luminescentes e podem emitir luz na região do infravermelho próximo. A estabilidade, a baixa toxicidade e o alto rendimento quântico desses pontos quânticos os tornam candidatos promissores para administração e geração de imagens de medicamentos contra o câncer.
Pontos quânticos de silício
Finalmente, os pontos quânticos de silício também estão gradualmente mostrando seu potencial em aplicações optoeletrônicas e biológicas. Esses pontos quânticos podem ser usados em aplicações fotoquímicas e detecção biológica, comprovando seu valor em aplicações como a detecção de formaldeído em água.
À medida que os cientistas adquirem uma compreensão mais profunda dos pontos quânticos, as mudanças que eles podem trazer para a futura biomedicina e ciência dos materiais serão emocionantes. Será que isso mudará a nossa visão do tratamento e detecção de doenças?
