El premio Nobel y los puntos cuánticos

El reciente anuncio del Premio Nobel de Química de 2023 a Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus y Alexei I. Ekimov por su trabajo pionero sobre los puntos cuánticos destaca el profundo impacto de este innovador invento.

Pero, ¿qué son los Puntos Cuánticos?

Los puntos cuánticos, a menudo descritos como semiconductores a nanoescala, se han utilizado en pantallas de última generación y en las computadoras de diagnóstico médico más avanzadas.

Los puntos cuánticos son pequeñas partículas artificiales que miden solo unos pocos nanómetros de diámetro o 10^-9 (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro).

Lo que hace que los puntos cuánticos sean realmente notables es su capacidad para manipular la luz y los electrones a nivel cuántico. Esta propiedad única les otorga una amplia gama de aplicaciones en diversos campos científicos e industrias.

Estas son algunas aplicaciones de los puntos cuánticos:

1. Pantallas avanzadas: Los puntos cuánticos han revolucionado la tecnología de visualización. Al incorporar nanoestructuras, los fabricantes han podido producir pantallas más brillantes, vibrantes y energéticamente eficientes. Los puntos cuánticos emiten colores puros y vivos, lo que los hace ideales para televisores de alta definición, teléfonos inteligentes y monitores de computadora [2].

2. Medicina dirigida: En el campo de la medicina, los puntos cuánticos se están aprovechando para la administración precisa de fármacos y la obtención de imágenes in vivo. Su capacidad para emitir longitudes de onda de luz específicas en función de su tamaño permite un seguimiento muy preciso de la distribución de los fármacos dentro del organismo [3], entre otras aplicaciones. Esto promete tratamientos más efectivos con menos efectos secundarios

3. Celdas solares: Los puntos cuánticos han demostrado un enorme potencial en el desarrollo de celdas solares altamente eficientes y flexibles. Sus propiedades sintonizables les permiten capturar un espectro más amplio de luz solar, aumentando la eficiencia de conversión de energía [4].

4. Computación cuántica: Los puntos cuánticos tienen la capacidad de atrapar y manipular electrones individuales, lo que los convierte en candidatos para su uso en bits cuánticos, que son los componentes fundamentales de las computadoras cuánticas [5,6].

Hay una rama especial en el campo de los puntos que ha ganado popularidad entre los investigadores, los "puntos cuánticos de carbono", un subconjunto de puntos cuánticos compuestos únicamente por átomos de carbono.

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Estos son algunos aspectos notables de los puntos cuánticos de carbono:

1. Materiales sostenibles: Los puntos cuánticos de carbono suelen derivarse de fuentes fácilmente disponibles y sostenibles, como los compuestos orgánicos ricos en carbono [7]. Esto los hace respetuosos con el medio ambiente y económicamente viables.

2. Biocompatibles: Los puntos cuánticos de carbono exhiben una excelente biocompatibilidad, lo que los hace ideales para diversas aplicaciones biomédicas. Se pueden utilizar para bioimagenes [8], la administración de fármacos [9] e incluso la terapia contra el cáncer [10].

3. Fotoluminiscencia: Al igual que los puntos cuánticos semiconductores tradicionales, los puntos cuánticos de carbono también pueden emitir luz, pero sus emisiones se pueden ajustar con precisión controlando su tamaño y modificando la superficie. Esta capacidad de ajuste es ventajosa para aplicaciones en pantallas, sensores y dispositivos ópticos.

4. Conversión de energía: Los puntos cuánticos de carbono han mostrado avances prometedores en el desarrollo de células solares de próxima generación [11], supercondensadores [12] y dispositivos de almacenamiento de energía. Su capacidad para convertir eficientemente la luz solar en electricidad los convierte en candidatos para soluciones energéticas sostenibles.

¿Por qué el Premio Nobel de Química?

Entonces, ¿por qué el Premio Nobel de Química reconoció el trabajo de Bawendi, Brus y Ekimov? Sus contribuciones al campo de los puntos cuánticos han sido fundamentales para avanzar en nuestra comprensión de los materiales a nanoescala y sus aplicaciones. No solo han desarrollado métodos innovadores para sintetizar puntos cuánticos, sino que también han descubierto la ciencia fundamental que gobierna su comportamiento.

Además, su trabajo ha abierto nuevas posibilidades en varios ámbitos, desde la electrónica de consumo hasta la sanidad y la energía limpia. Los puntos cuánticos están a la vanguardia de una revolución tecnológica que promete remodelar las industrias y mejorar nuestras vidas. Al reconocer sus logros, el Comité del Premio Nobel destaca el profundo impacto que han tenido  los puntos cuánticos tanto en la investigación científica como en las aplicaciones prácticas.

Curiosamente, varios grupos de investigación han fabricado puntos cuánticos de carbono a partir de algas sargazo [13, 14], que es una biomasa que ha estado dañando la Costa Caribe desde hace 12 años. Esta notable innovación no solo muestra la versatilidad de los puntos cuánticos de carbono, sino que también destaca su potencial en la utilización de fuentes de biomasa sostenibles y abundantes.

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Para nosotros, en BioPlaster Research, los puntos cuánticos de carbono derivados del sargazo abren una nueva y emocionante vía de exploración. La integración de puntos cuánticos de carbono derivados del sargazo puede revolucionar nuestros productos a base de biomasa, alineándose perfectamente con nuestro compromiso con las soluciones sostenibles y ecológicas.

Los puntos cuánticos de carbono son un testimonio vivo de cómo los avances científicos pueden generar sinergias inesperadas e impulsar la innovación en direcciones sorprendentes.

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Referencias;

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1. Efros, A. L., & Brus, L. E. (2021). Nanocrystal Quantum Dots: From Discovery to Modern Development. En ACS Nano (Vol. 15, Número 4, pp. 6192–6210). American Chemical Society. https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01399.
2. Shu, Y., Lin, X., Qin, H., Hu, Z., Jin, Y., & Peng, X. (2020). Quantum Dots for Display Applications. Angewandte Chemie, 132(50), 22496–22507. https://doi.org/10.1002/ange.202004857
3. Abdellatif, Ah. A. H., Tawfeek, H. M., Younis, M. A., Alsharidah, M., & Al Rugaie, O. (2022). Biomedical Applications of Quantum Dots: Overview, Challenges, and Clinical Potential. En International Journal of Nanomedicine (Vol. 17, pp. 1951–1970). Dove Press. https://doi.org/10.2147/IJN.S357980
4. Nozik, A. J. (2002). Quantum dot solar cells. Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 14(1–2), 115–120. https://doi.org/10.1016/S1386-9477(02)00374-0
5. Brown, K. R., Lidar, D. A., & Whaley, K. B. (2002). Quantum computing with quantum dots on quantum linear supports. Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics, 65(1), 19. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.65.012307
6. Wu, G. Y., Lue, N.-Y., & Chang, L. (2011). Graphene quantum dots for valley-based quantum computing: A feasibility study. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 84(19), 195463. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.195463
7. Jelinek, R. (2017). Carbon Quantum Dots: Synthesis, Properties and Applications (Carbon Nanostructures). https://doi.org/10.1007/978-3-319-43911-2
8. Cao L, Yang ST, Wang X, Luo PG, Liu JH, Sahu S, Liu Y, Sun YP. Competitive performance of carbon "quantum" dots in optical bioimaging. Theranostics. 2012;2(3):295-301. https://do.org/10.7150/thno.3912
9. Nair, A., Haponiuk, J. T., Thomas, S., & Gopi, S. (2020). Natural carbon-based quantum dots and their applications in drug delivery: A review. In Biomedicine and Pharmacotherapy (Vol. 132, p. 110834). Elsevier Masson. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2020.110834
10. Desmond, L. J., Phan, A. N., & Gentile, P. (2021). Critical overview on the green synthesis of carbon quantum dots and their application for cancer therapy. In Environmental Science: Nano (Vol. 8, Issue 4, pp. 848–862). Royal Society of Chemistry. https://doi.org/10.1039/d1en00017a
11. Carolan, D., Rocks, C., Padmanaban, D. B., Maguire, P., Svrcek, V., & Mariotti, D. (2017). Environmentally friendly nitrogen-doped carbon quantum dots for next generation solar cells. Sustainable Energy and Fuels, 1(7), 1611–1619. https://doi.org/10.1039/c7se00158d
12. Xiao, J., Momen, R., & Liu, C. (2021). Application of carbon quantum dots in supercapacitors: A mini review. In Electrochemistry Communications (Vol. 132, p. 107143). Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2021.107143
13. Godavarthi, S., Mohan Kumar, K., Vázquez Vélez, E., Hernandez-Eligio, A., Mahendhiran, M., Hernandez-Como, N., Aleman, M., & Martinez Gomez, L. (2017). Nitrogen doped carbon dots derived from Sargassum fluitans as fluorophore for DNA detection. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 172, 36–41. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2017.05.014
14. Castañeda-Serna, H. U., Calderón-Domínguez, G., De la Paz Salgado-Cruz, M., García-Bórquez, A., & Farrera-Rebollo, R. R. (2021). Pelagic Sargassum as Source of Quantum Dots. In Nanotechnology in the Life Sciences (pp. 153–168). Springer Science and Business Media B.V. https://doi.org/10.1007/978-3-030-81557-8_7

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