Investigador UTEM realiza síntesis y caracterización de quantum dots para aplicaciones biológicas

Autor: Comunicaciones UTEM|
El Doctor en Química, Diego Guzmán de la Cerda, está desarrollando el proyecto Fondecyt Postdoctoral "Síntesis de nanocristales semiconductores solubles en agua y elaboración de nanocompositos de quantum dots y películas elastoméricas con propiedades ajustables".

El Programa Institucional de Fomento a la Investigación, Desarrollo e Innovación (PIDi), perteneciente a la Universidad Tecnológica Metropolitana, ha constituido una diversidad de investigaciones a cargo de científicos de distintas disciplinas que han dirigido su labor hacia las mejoras del país en base a la ciencia y tecnología.

Es por ello, que el Doctor en Química, Diego Guzmán de la Cerda, está desarrollando en el Edificio de Ciencia y Tecnología de la UTEM, dependencia donde se encuentra el PIDi, el proyecto Fondecyt Postdoctoral “Síntesis de nanocristales semiconductores solubles en agua y elaboración de nanocompositos de quantum dots y películas elastoméricas con propiedades ajustables”.

La investigación tiene como objetivo sintetizar y caracterizar quantum dots (QDs) -puntos cuánticos- de teluro de zinc y cadmio; y el uso de estos en la obtención de elastómeros modificados. Además, el investigador estudiará el efecto del tamaño y composición de los nanocristales en diferentes polímeros elastoméricos.

Para comprender y conocer de mejor forma la investigación, conversamos con el Dr. Guzmán sobre los detalles y alcances que tendrá su estudio, el cual está orientado a una aplicación biológica.

¿Cuál es el origen de la investigación? ¿Cuál es el tipo de financiamiento con que cuenta la investigación?

El origen fue en mi doctorado, donde trabajé con los profesores Mauricio Isaacs e Igor Osorio-Román, en la reducción de dióxido de carbono con puntos cuánticos, o quantum dots, como se les conoce en inglés. Estos quantum dots corresponden a nanocristales de semiconductores de dimensiones físicas menores a los 10 nanómetros y cuyas propiedades ópticas y eléctricas son altamente dependientes de su tamaño. Por ejemplo, un cambio de 1 o 2 nanómetros en el nanocristal puede resultar en nanocristales que emiten verde, amarillo o rojo. Esto les ha dado un gran potencial como materiales para dispositivos optoelectrónicos como televisores y computadores, además de otras aplicaciones en biomedicina como biomarcadores y biosensores.

Ahora bien, mientras más estudiaba los QDs, más me daba cuenta que había diversas investigaciones en aplicaciones novedosas, pero donde el efecto del tamaño no era mencionado en lo absoluto. En mi mismo doctorado, donde trabajé en estudios catalíticos, me había dado cuenta que el tamaño era de gran importancia en sus propiedades, por lo que me preguntaba qué efecto tendría el tamaño en otras aplicaciones. Encontré un trabajo que me llamó profundamente la atención debido a la incorporación de los nanocristales en polímeros elastoméricos, polímeros capaces de cambiar su tamaño producto de la aplicación de un campo energético para llevar a cabo la elaboración de elastómeros dieléctricos, y decidí que tenía que investigar en estos sistemas el posible efecto del tamaño del QDs. Así, se podría obtener un material con propiedades ópticas, electrónicas y mecánicas altamente ajustables.

De esta forma, postulé mi proyecto de investigación con la profesora Eglantina Benavente a un financiamiento por parte de un Fondecyt de postdoctorado y afortunadamente fui elegido.

¿Cuáles son los grandes desafíos que enfrentará en su investigación?

Uno de los principales desafíos se encuentra en la síntesis de los nanocristales con los que se trabajará para modificar los polímeros. Nanocristales de telururo de cadmio ya han sido sintetizados en medio acuoso, con buena estabilidad y propiedades fotoquímicas, pero la utilización de cadmio presenta varios desafíos debido a su toxicidad en aplicaciones biológicas. La utilización de zinc, en vez de cadmio, hace posible su utilización en un mayor rango de aplicaciones. La principal desventaja es que las síntesis de telururo de zinc en medio acuoso, hasta la fecha, han resultado en nanocristales de baja estabilidad y con propiedades fotoquímicas pobres.

Los otros desafíos importantes se concentran en la incorporación de los QDs en los elastómeros, dependiendo de qué cambios generará trabajar en medio acuoso, y en la caracterización de las propiedades opto-electromecánicas de los elastómeros modificados a obtener.

¿Cuáles son las posibles aplicaciones que podrían tener los resultados de su investigación?

Tenemos aquellas posibles aplicaciones relacionadas con los nanocristales de telururo de zinc y aquellas relacionadas con los elastómeros modificados. La obtención de quantum dots de zinc con buenas propiedades fotoquímicas permitiría su utilización en un mayor rango de aplicaciones biológicas. Por el lado de los polímeros modificados, su estudio puede permitir el desarrollo de dispositivos opto-electromecánicos capaces de actuar como materiales inteligentes, es decir, capaces de cambiar sus propiedades mediante estímulos externos. Esto último posibilitaría su utilización en procesos tradicionales industriales, tecnológicos o incluso en músculos artificiales.

¿En qué fase se encuentra ahora esta línea investigativa?

En este momento se encuentra en la primera parte, en la síntesis y caracterización de los quantum dots de zinc y haciendo los últimos estudios respecto de los de cadmio, que ya han sido sintetizados anteriormente. En el caso de los nanocristales de zinc existen diferentes parámetros que hay que analizar para poder obtener nanocristales con buenas propiedades fotoquímicas, con el objetivo de diseñar un protocolo de síntesis.

¿Cuáles son sus expectativas o resultados esperados?

Lograr la síntesis que me propongo y poder complementar las aplicaciones actuales de los quantum dots en biomedicina, con los quantum dots con zinc; además, poder obtener elastómeros modificados donde el tamaño de los nanocristales juegue un rol suficientemente importante como para lograr desarrollar nuevos materiales inteligentes.

Por Paula Godoy Bolados

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