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El Premio Nobel de Química 2023 y los quantum dots

El Premio Nobel de Química 2023 y los quantum dots

por Daniela Franco Bodek  •  Vicente Esquivel Peña | Ene 19, 2024 | Caleidoscopio

El premio Nobel de Química 2023 fue otorgado a los doctores Moungi Bawendi, Louis Brus y Alexei Ekimov por su trabajo sobre los llamados puntos cuánticos o quantum dots. ¿Pero qué son estos estos objetos?

Los puntos cuánticos (QDs, por sus siglas en inglés) son un tipo de nanopartículas. Las nanopartículas son estructuras cuyas dimensiones se encuentran en escalas nanométricas. Un nanómetro equivale a la millonésima parte de un milímetro: 1 nm = 10-6 mm = 10-9 m.

Los QDs son cristales de materiales fluorescentes semiconductores, de diámetros entre 2 y 10 nm, realmente muy pequeños, pues su diámetro está conformado entre apenas 10 y 100 átomos. Típicamente están hechos de combinaciones de metales de transición o metaloides, por ejemplo, seleniuro de cadmio.

La síntesis de los primeros QDs registrados en la historia es muy antigua. Hay evidencia de que una receta de griegos y romanos para teñir el cabello de negro produce nanocristales de sulfuro de plomo dentro de las fibras capilares. Por supuesto, ellos no sabían qué pasaba en el proceso.  

Debido a su tamaño, los QDs presentan propiedades ópticas muy diferentes de las que presentan los mismos materiales de escala macroscópica. Son tan pequeños que se dispersan en líquidos formando suspensiones coloidales, lo cual permite aprovechar sus propiedades ópticas en forma líquida.

Una característica de sus propiedades ópticas es la fluorescencia; si se les irradia con luz de un color pueden emitir luz de otro color. Esto es interesante porque, controlando el tamaño y composición del cristal QD, es posible controlar el color de la luz emitida. Por ejemplo, la fluorescencia de los QDs más pequeños emite luz azul mientras que los QDs más grandes emiten luz roja.

Los QDs son químicamente muy versátiles y modificando su superficie se les puede dar una funcionalidad adicional, con lo cual tienen utilidad en campos muy diversos.

Algunas de las aplicaciones tecnológicas más sobresalientes son en materiales emisores de luz que se utilizan para la producción de pantallas y en la innovación en celdas fotovoltaicas. También se han aprovechado en otras áreas, como en la investigación biomédica para la elaboración de biosensores.  

Fuentes recomendadas de lectura sencilla:

2023 Nobel prize in chemistry goes to trio behind quantum dots, Chemistry World, RSC.

Infographic: The 2023 Nobel Prize in Chemistry: Quantum dots, tiny particles with big colours de Compound Interest.

Fuentes de lectura muy completa (reviews):

Semiconductor quantum dots: Technological progress and future challenges, Science, Vol. 373, No. 6555.

A critical review on quantum dots: From synthesis toward applications in electrochemical biosensors for determination of disease-related biomolecules, Talanta, Volume 224, 1 March 2021, 121828.

Quantum Dots and Their Multimodal Applications: A Review, Materials (Basel). 2010 Apr; 3(4): 2260–2345.

Otras:

Primeras recetas conocidas de hace más de 2000 años para tintes de cabello usando QDs:

Early Use of PbS Nanotechnology for an Ancient Hair Dyeing Formula, Nano Lett. 2006, 6, 10, 2215–2219.

Daniela Franco Bodek

Facultad de Química de la UNAM

Vicente Esquivel Peña

Facultad de Química de la UNAM

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