Os pontos quânticos - partículas minúsculas que emitem luz em uma gama deslumbrante de cores brilhantes - têm potencial para muitas aplicações, mas enfrentaram uma série de obstáculos para melhorar o desempenho. Mas uma equipe do MIT diz que conseguiu superar todos esses obstáculos de uma vez, enquanto os esforços anteriores só foram capazes de abordá-los um ou alguns de cada vez.

Pontos quânticos - neste caso, um tipo específico chamado pontos quânticos coloidais - são partículas minúsculas de material semicondutor que são tão pequenas que suas propriedades diferem das do material a granel:eles são governados em parte pelas leis da mecânica quântica que descrevem como os átomos e as partículas subatômicas se comportam. Quando iluminado com luz ultravioleta, os pontos fluorescem intensamente em uma gama de cores, determinado pelos tamanhos das partículas.

Descoberto pela primeira vez na década de 1980, esses materiais têm sido o foco de intensa pesquisa devido ao seu potencial para fornecer vantagens significativas em uma ampla variedade de aplicações ópticas, mas seu uso real foi limitado por vários fatores. Agora, pesquisa publicada esta semana no jornal Materiais da Natureza pelo pós-doutorado em química do MIT Ou Chen, Moungi Bawendi, o professor de química Lester Wolfe, e vários outros levantam a perspectiva de que todos esses fatores limitantes possam ser superados.

O novo processo desenvolvido pela equipe do MIT produz pontos quânticos com quatro qualidades importantes:tamanhos e formas uniformes; emissões brilhantes, produzindo cerca de 100 por cento de eficiência de emissão; um pico muito estreito de emissões, o que significa que as cores emitidas pelas partículas podem ser controladas com precisão; e uma eliminação da tendência de piscar e desligar, que limitou a utilidade das aplicações de pontos quânticos anteriores.

Corantes biológicos multicoloridos

Por exemplo, uma aplicação potencial de grande interesse para os pesquisadores é como um substituto para os corantes fluorescentes convencionais usados ​​em testes médicos e pesquisas. Os pontos quânticos podem ter várias vantagens sobre os corantes - incluindo a capacidade de rotular muitos tipos de células e tecidos em cores diferentes, devido à sua capacidade de produzir tais cores estreitas, variações precisas de cores. Mas o efeito de piscar tem dificultado seu uso:em processos biológicos de movimento rápido, às vezes você pode perder o controle de uma única molécula quando seu ponto quântico anexado piscar.

Tentativas anteriores de resolver um problema de pontos quânticos tendiam a piorar os outros, Chen diz. Por exemplo, a fim de suprimir o efeito de piscar, partículas foram feitas com cascas grossas, mas isso eliminou algumas das vantagens de seu tamanho pequeno.

O pequeno tamanho desses novos pontos é importante para potenciais aplicações biológicas, Bawendi explica. "[Nossos] pontos têm aproximadamente o tamanho de uma molécula de proteína, "diz ele. Se você quiser marcar algo em um sistema biológico, ele diz, a etiqueta deve ser pequena o suficiente para não sobrecarregar a amostra ou interferir significativamente em seu comportamento.

Os pontos quânticos também são vistos como potencialmente úteis na criação de telas de computador e televisão com eficiência energética. Embora esses monitores tenham sido produzidos com a tecnologia de pontos quânticos existente, seu desempenho pode ser aprimorado com o uso de pontos com cores precisamente controladas e maior eficiência.

Combinando as vantagens

Portanto, a pesquisa recente se concentrou nas "propriedades que realmente precisamos para melhorar a aplicação [dos pontos] como emissores de luz, "Bawendi diz - quais são as propriedades que os novos resultados demonstraram com sucesso. Os novos pontos quânticos, pela primeira vez, ele diz, "combinar todos esses atributos que as pessoas consideram importantes, ao mesmo tempo."

As novas partículas foram feitas com um núcleo de material semicondutor (seleneto de cádmio) e cascas finas de um semicondutor diferente (sulfeto de cádmio). Eles demonstraram eficiência de emissão muito alta (97 por cento), bem como pequena, tamanho uniforme e picos de emissão estreitos. Piscando foi fortemente suprimido, o que significa que os pontos permanecem "ligados" 94 por cento do tempo.

Um fator chave para fazer com que essas partículas atinjam todas as características desejadas foi cultivá-las em solução lentamente, para que suas propriedades pudessem ser controladas com mais precisão, Chen explica. "Uma coisa muito importante é a velocidade de síntese, " ele diz, "para dar tempo suficiente para permitir que cada átomo vá para o lugar certo."

O crescimento lento deve facilitar o escalonamento para grandes volumes de produção, ele diz, porque torna mais fácil usar grandes recipientes sem perder o controle sobre o tamanho final das partículas. Chen espera que as primeiras aplicações úteis dessa tecnologia possam começar a aparecer dentro de dois anos.

Taeghwan Hyeon, diretor do Centro de Pesquisa de Nanopartículas da Universidade Nacional de Seul, na Coréia, que não estava envolvido nesta pesquisa, diz, "É muito impressionante, porque usando uma abordagem aparentemente muito simples, isto é, mantendo uma taxa de crescimento lenta - eles foram capazes de controlar com precisão a espessura da casca, permitindo-lhes sintetizar pontos quânticos altamente uniformes e de pequeno porte. "Este trabalho, ele diz, resolve um dos "principais desafios" neste campo, e "poderia encontrar aplicações de imagem biomédica, e também pode ser usado para iluminação e displays de estado sólido. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.