Los puntos cuánticos de carbono (CDs, por sus siglas del inglés carbon dots) son nanopartículas de carbono fotoluminiscentes, con tamaños menores a 10 nm, que han adquirido gran relevancia en la nanotecnología debido a su estabilidad química, bajo costo de producción, biocompatibilidad y propiedades ópticas ajustables. Gracias a estas características, los CDs se utilizan en campos como: bioimagenología, sensores, optoelectrónica y catálisis. Un aspecto especialmente atractivo es que pueden obtenerse a partir de residuos, lo que los convierte en materiales funcionales alineados con la economía circular.
En un trabajo reciente, un grupo de investigadores del Centro de Nanociencias y Nanotecnología de la UNAM, reportó la transformación de desechos de tereftalato de polietileno (PET) en CDs altamente luminiscentes. En estudios previos, el PET se utilizó en forma de fragmentos grandes de botellas trituradas, lo que provoca transferencia de calor y difusión química no uniforme durante la síntesis. La idea central del presente trabajo es que el tamaño del precursor polimérico juega un papel clave en la calidad final del nanomaterial.
En este estudio, los autores emplearon PET micronizado (M-PET), es decir, PET pulverizado en partículas micrométricas, y lo compararon directamente con PET cortado en fragmentos (C-PET). Analizaron dos rutas químicas: la oxidación superficial con peróxido de hidrógeno y el dopado con nitrógeno utilizando etilendiamina. Este diseño experimental permitió entender que el tamaño del precursor y la funcionalización superficial afectan las propiedades estructurales y ópticas de los CDs.
Adicionalmente, se evaluó la biocompatibilidad e internalización celular de los CDs utilizando macrófagos y células epiteliales.
Los resultados mostraron que los CDs derivados de M-PET son más pequeños, más cristalinos y considerablemente más brillantes. En particular, los CDs oxidados a partir de M-PET alcanzan un rendimiento cuántico cercano al 52 %, aproximadamente 2.4 veces mayor que los obtenidos con C-PET. Además, presentan emisión fotoluminiscente a diferentes longitudes de onda de excitación entre 260 y 380 nm, lo que indica una estructura más homogénea y menos defectos electrónicos. Por otro lado, los CDs dopados con nitrógeno mostraron una emisión adicional en el infrarrojo cercano y una fluorescencia dependiente de la excitación, aunque presentaron mayor citotoxicidad en células epiteliales. Es importante hacer notar que ambos tipos de partículas fueron sensibles a cambios en el pH, una característica crucial para aplicaciones en ambientes biológicos en donde el pH puede variar.
Este estudio demuestra que tanto la ingeniería del precursor como la química de síntesis son importantes. Micronizar el PET aumenta de forma significativa el desempeño óptico de los CDs sin recurrir a procesos agresivos o poco sostenibles.
Para mayores detalles consultar: Carbon
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