Nanomateriais bidimensionais (2-D) de dichalcogenetos de metal de transição (TMDs), como molibdenita (MoS ₂ ), que possuem uma estrutura semelhante ao grafeno, receberam os materiais do futuro para sua ampla gama de aplicações potenciais em biomedicina, sensores, catalisadores, fotodetectores e dispositivos de armazenamento de energia. A contraparte menor de TMDs 2-D, também conhecido como pontos quânticos TMD (QDs) acentuam ainda mais as propriedades ópticas e eletrônicas dos TMDs, e são altamente exploráveis ​​para aplicações catalíticas e biomédicas. Contudo, TMD QDs dificilmente é usado em aplicações, pois a síntese de TMD QDs continua desafiadora.

Agora, engenheiros da National University of Singapore (NUS) desenvolveram uma estratégia econômica e escalável para sintetizar TMD QDs. A nova estratégia também permite que as propriedades de TMD QDs sejam projetadas especificamente para diferentes aplicações, desse modo dando um salto em frente ajudando a realizar o potencial de TMD QDs.

Estratégia ascendente para sintetizar QDs TMD

A síntese atual de nanomateriais TMD depende de uma abordagem de cima para baixo, onde os minérios TMD são coletados e divididos em escala milimétrica a nanométrica por meios físicos ou químicos. Este método, embora seja eficaz na síntese de nanomateriais TMD com precisão, tem baixa escalabilidade e é caro, pois separar os fragmentos de nanomateriais por tamanho requer vários processos de purificação. Usar o mesmo método para produzir TMD QDs de um tamanho consistente também é extremamente difícil devido ao seu tamanho diminuto.

Para superar este desafio, uma equipe de engenheiros do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Faculdade de Engenharia da NUS desenvolveu uma nova estratégia de síntese ascendente que pode construir consistentemente QDs TMD de um tamanho específico, um método mais barato e escalável do que a abordagem convencional de cima para baixo. Os TMD QDs são sintetizados pela reação de óxidos ou cloretos de metais de transição com precursores de calogênio sob condições aquosas suaves e de temperatura ambiente. Usando a abordagem de baixo para cima, a equipe sintetizou com sucesso uma pequena biblioteca de sete QDs TMD e foi capaz de alterar suas propriedades eletrônicas e ópticas de acordo.

O Professor Associado David Leong do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da Faculdade de Engenharia da NUS liderou o desenvolvimento deste novo método de síntese. Ele explicou, "Usar a abordagem ascendente para sintetizar QDs TMD é como construir um edifício do zero usando concreto, componente de aço e vidro; ele nos dá controle total sobre o design e as características do edifício. De forma similar, esta abordagem de baixo para cima nos permite variar a proporção de íons de metal de transição e íons de calcogênio na reação para sintetizar o TMD QDs com as propriedades que desejamos. Além disso, por meio de nossa abordagem de baixo para cima, somos capazes de sintetizar novos QDs TMD que não são encontrados naturalmente. Eles podem ter novas propriedades que podem levar a novos aplicativos. "

Aplicação de TMD QDs na terapia do câncer e além

A equipe de engenheiros da NUS então sintetizou MoS2 QDs para demonstrar aplicações biomédicas de prova de conceito. Por meio de seus experimentos, a equipe mostrou que as propriedades do defeito de MoS2 QDs podem ser projetadas com precisão usando a abordagem de baixo para cima para gerar níveis variáveis ​​de estresse oxidativo, e pode, portanto, ser usado para terapia fotodinâmica, uma terapia emergente do câncer.

"A terapia fotodinâmica atualmente utiliza compostos orgânicos fotossensíveis que produzem estresse oxidativo para matar células cancerosas. Esses compostos orgânicos podem permanecer no corpo por alguns dias e os pacientes que recebem este tipo de terapia fotodinâmica são aconselhados a não serem expostos desnecessariamente à luz brilhante. TMD QDs, como MoS2 QDs pode oferecer uma alternativa mais segura para esses compostos orgânicos, já que alguns metais de transição como o Mo são minerais essenciais e podem ser rapidamente metabolizados após o tratamento fotodinâmico. Faremos mais testes para verificar isso. " Assoc Prof Leong adicionado.

O potencial de TMD QDs, Contudo, vai muito além de apenas aplicações biomédicas. Seguindo em frente, a equipe está trabalhando na expansão de sua biblioteca de TMD QDs usando a estratégia ascendente, e otimizá-los para outras aplicações, como a próxima geração de telas de TV e dispositivos eletrônicos, componentes eletrônicos avançados e até células solares.