Limpieza de contaminantes ambientales con tecnología de puntos cuánticos

El Premio Nobel de Química de 2023 se centró en los puntos cuánticos, objetos tan diminutos que están controlados por las extrañas y complejas reglas de la física cuántica. Muchos puntos cuánticos utilizados en la electrónica están hechos de sustancias tóxicas, pero ahora se están desarrollando y explorando contrapartes no tóxicas para su uso en medicina y en el medio ambiente. Un equipo de investigadores se está enfocando en puntos cuánticos basados en carbono y azufre, usándolos para crear tintas invisibles más seguras y para ayudar a descontaminar suministros de agua.

Los investigadores presentarán sus resultados hoy en la reunión de primavera de la Sociedad Americana de Química (ACS).

Los puntos cuánticos son cristales semiconductores sintéticos a escala nanométrica que emiten luz. Se utilizan en aplicaciones como pantallas electrónicas y células solares. “Muchos puntos cuánticos convencionales son tóxicos, porque se derivan de metales pesados”, explica Md Palashuddin Sk, profesor asistente de química en la Universidad Musulmana de Aligarh en India. “Por lo tanto, estamos trabajando en puntos cuánticos no metálicos porque son amigables con el medio ambiente y se pueden usar en aplicaciones biológicas.”

Los puntos cuánticos son diminutos, usualmente solo decenas de átomos de diámetro. Debido a su pequeño tamaño, sus propiedades están controladas por efectos cuánticos, lo que los hace actuar de manera un poco extraña comparados con objetos más grandes. En particular, emiten luz de manera diferente a lo que uno podría esperar; por ejemplo, los materiales de oro aparecen azules en esta escala. Los puntos cuánticos no metálicos exhiben el mismo efecto y han sido explorados por otros investigadores como una herramienta para la bioimagen. Palashuddin se ha enfocado en diseñar puntos cuánticos basados en carbono y azufre (Cdots y Sdots, respectivamente) para una variedad de otras aplicaciones.

“El carbono y el azufre son materiales muy abundantes y rentables, y se pueden sintetizar fácilmente en puntos cuánticos”, dice. “Puedes hacer puntos cuánticos de carbono a partir de materiales de desecho, luego usarlos para eliminar contaminantes, es una forma de hacer que el proceso sea un círculo completo.”

Palashuddin ya ha utilizado Cdots y Sdots de varias maneras, aunque ambos son descubrimientos relativamente recientes. A pesar de su pequeño tamaño, los puntos tienen una gran superficie, la cual se puede funcionalizar fácilmente para adaptar los puntos para diferentes aplicaciones. Anteriormente, el equipo diseñó puntos que brillaban de diferentes colores, dependiendo de los contaminantes que encontraban. Eso significaba que podían ayudar a identificar contaminantes, como plomo, cobalto y cromo, en una muestra de agua sin liberar nuevos metales de los propios puntos.

Además de identificar contaminantes, los Cdots pueden ayudar a descomponer contaminantes como pesticidas y tintes en el agua. En un proyecto, Palashuddin y su colaborador Amaresh Kumar Sahoo, profesor asistente que estudia nanobiotecnología en el Instituto Indio de Información Tecnológica, formaron Cdots a partir de cáscaras de patata y luego los montaron en robots microscópicos diseñados para apuntar y degradar tintes tóxicos en muestras que simulan agua contaminada.

El equipo también ha desarrollado métodos para eliminar completamente los contaminantes del agua, en lugar de solo identificarlos o degradarlos. Han diseñado Cdots especialmente para absorber aceite automotriz y actualmente están explorando un sistema de filtrado basado en Cdots para ayudar a tratar derrames de petróleo.

A continuación, los investigadores planean poner sus hallazgos de laboratorio a trabajar en el campo, posiblemente en un proyecto enfocado en el río Yamuna. Este río corre directamente a través de Nueva Delhi y es famosamente contaminado, especialmente en áreas más pobladas. Palashuddin espera usar los puntos cuánticos no metálicos de su equipo para identificar y separar los diversos contaminantes en