Hoje em dia, As nanopartículas de óxido de zinco estão entre os nanomateriais mais comumente usados. Eles parecem ser seguros para os humanos, mas ainda não há padrões para sua toxicidade, e apesar das investigações, o impacto toxicológico dos nanomateriais ZnO permanece ambíguo. Pesquisadores da Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) em Varsóvia e da Universidade de Tecnologia de Varsóvia (PW) desenvolveram recentemente um método para produzir pontos quânticos de ZnO sem defeitos com propriedades físico-químicas duradouras, como monodispersidade, uma eficiência quântica relativamente alta, tempos de vida de luminescência de longa duração e silêncio EPR sob condições padrão. As conchas orgânicas impermeáveis ​​e coordenadas que estabilizam a superfície tornam os novos pontos quânticos de ZnO resistentes a ambientes químicos e biológicos.

"Nossos nanocristais de óxido de zinco são de alta qualidade sem precedentes, caracterizado por propriedades químicas e físicas significativamente melhores do que aquelas atualmente sendo produzidas pelo método sol-gel mais popular envolvendo precursores inorgânicos, "diz o Prof. Janusz Lewinski (IPC PAS, PW). "A vida útil da luminescência é muito mais longa em várias ordens de magnitude. Além disso, até agora, apenas curtos decaimentos de fotoluminescência de ZnO foram observados, na ordem de alguns a uma dúzia ou mais de picossegundos, característica para nanopartículas de sol-gel, ou um pouco mais, nanossegundos, típico apenas para monocristais de ZnO. "

Combinado com moléculas biologicamente ativas, as novas nanopartículas podem ser usadas em biologia ou medicina, por exemplo. para imagens de células e tecidos, o que permitiria um monitoramento muito mais preciso do desenvolvimento da doença e da eficácia do tratamento. Em um artigo publicado em Química - Um Jornal Europeu , os cientistas de Varsóvia, em colaboração com um grupo da Universidade Jagiellonian em Cracóvia, mostraram que suas nanopartículas de óxido de zinco são seguras. A pesquisa pode levar à rápida introdução dos novos pontos quânticos de ZnO para laboratórios biológicos e médicos e outras aplicações.

Os nanocristais de ZnO fabricados de maneira clássica pelo método sol-gel não são bem estabilizados ou isolados do meio ambiente. Por exemplo, as interações que ocorrem na interface entre o núcleo de ZnO inorgânico e o ambiente biológico podem levar à geração de espécies reativas de oxigênio ou à dissolução e liberação de cátions de zinco potencialmente tóxicos.

"O óxido de zinco é geralmente considerado um material relativamente seguro e biocompatível. No entanto, muitos estudos toxicológicos de ZnO dizem respeito a nanopartículas que são heterogêneas em tamanho e também grandes demais para serem capazes de penetrar nas células. Também percebemos que, na prática, muitas das características das nanopartículas não dependem apenas de seu tamanho, mas também nas propriedades de superfície do ZnO nanocristalino e da camada de estabilização orgânica. Portanto, decidimos modificar nosso vaso único, método organometálico autossustentável de síntese, para que as nanopartículas de ZnO produzidas se comportem da forma mais neutra possível no interior das células, "diz o Dr. Malgorzata Wolska-Pietkiewicz (PW).

A equipe do Prof. Lewinski produz pontos quânticos de óxido de zinco a partir de compostos organometálicos (precursores). Para aplicações biológicas, o resultado final é estável, nanopartículas esféricas que consistem em um núcleo de ZnO cristalino com um diâmetro de quatro a cinco nanômetros cercado por uma camada de ligantes orgânicos. Esta casca aumenta o tamanho das nanopartículas (seu diâmetro hidrodinâmico é de cerca de 12 nm) e protege o núcleo inorgânico da degradação devido à interação com o que muitas vezes é um ambiente biológico muito reativo, enquanto elimina a influência do próprio ZnO neste ambiente.

"Nanopartículas com tamanhos de núcleo abaixo de 10 nm penetram no interior das células de maneira particularmente fácil. Essas partículas são consideradas potencialmente as mais tóxicas. Curiosamente, essas nanopartículas de ZnO mostraram efeitos prejudiciais extremamente baixos em testes de modelo in vitro. Os resultados recentes, bem como os estudos realizados simultaneamente na equipe de pais, forneceram evidências adicionais do caráter único do ZnO nanocristalino obtido como resultado da transformação de precursores moleculares organometálicos, "observa o Dr. Wolska-Pietkiewicz.

Contudo, existem preocupações sobre seus impactos biológicos e ambientais. Nanoparticles can enter the body—the respiratory tract is frequently exposed to elevated concentrations of nanomaterials is particularly vulnerable to toxicity. Portanto, A549 and MRC-5 cell lines were selected as in vitro models for internal malignancies and normal lung cells, respectivamente. Researchers from the IPC PAS and PW showed that the organic layer surrounding the improved nanoparticles is impermeable—zinc ions are not released into the environment, and reactive oxygen species are not formed. Even at high concentrations, the toxicity of the new ZnO nanoparticles turned out to be negligible.

"Our method for the production of ZnO quantum dots means that they simply do not interact with the biological environment. So we have a strong foundation on which to start working on their applications. Not only in medical imaging, but also in other areas in which nanoparticles could potentially interact with the human body, por exemplo, as one of the components of paint. We are also developing a new technology for the synthesis of ZnO quantum dots and searching for potential applications as a part of NANOXO, a start-up company, " summarizes Prof. Lewinski.