p O óxido de zinco nanocristalino (ZnO) é atualmente um dos nanomateriais de óxido de metal semicondutor mais comumente usado devido às suas características catalíticas e eletro-ópticas exclusivas. As propriedades físico-químicas inerentes e distintas das nanoestruturas de ZnO são dependentes de uma variedade de fatores que são determinados pelo procedimento sintético aplicado e o caráter da interface nanocristal-ligante resultante. Assim, a preparação de nanoestruturas de ZnO estáveis, especialmente nanopartículas com tamanhos abaixo de 10 nm, ou seja, pontos quânticos (QDs), com propriedades físico-químicas desejadas ainda permanece um grande desafio para os químicos. p Recentemente, cientistas do Instituto de Físico-Química da Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) e da Universidade de Tecnologia de Varsóvia (WUT), em cooperação com o Instituto de Pesquisa Interdisciplinar de Grenoble (IRIG), usaram polarização nuclear dinâmica (DNP) aprimorada em estado sólido magnético nuclear espectroscopia de ressonância (NMR) para caracterização detalhada das interfaces orgânico-inorgânicas de ZnO QDs preparadas pelo processo sol-gel tradicional e o procedimento organometálico autossustentável (OSSOM) recentemente desenvolvido em um único recipiente. Em paralelo, investigações foram realizadas no projeto e preparação de ZnO QDs bioestáveis ​​juntamente com a determinação de sua relação estrutura-atividade biológica. Esses estudos foram publicados em revistas de alto impacto Angewandte Chemie e Relatórios Científicos .

p "Queríamos confirmar de forma inequívoca que os ZnO QDs preparados em nosso laboratório usando a abordagem OSSOM são de alta qualidade sem precedentes, "relata o co-autor de ambos os artigos, Dra. Magorzata Wolska-Pietkiewicz. "Até agora, ZnO QDs têm sido comumente produzidos por um processo sol-gel. Contudo, a principal desvantagem desse método tradicional é a baixa reprodutibilidade, o que provavelmente inibe tanto a uniformidade da morfologia da partícula quanto a composição da casca do ligante orgânico. Consequentemente, as nanoestruturas resultantes são essencialmente instáveis ​​e tendem a se agregar. Na minha opinião, isso limitou significativamente as aplicações potenciais de ZnO nanocristalino em várias tecnologias, "acrescenta o Dr. Wolska-Pietkiewicz.

p "Uma alternativa para o método sol-gel onipresente são abordagens organometálicas úmidas altamente promissoras. Recentemente desenvolvidas em nosso laboratório, o procedimento OSSOM é baseado na exposição controlada de um precursor de organozinco bem definido ao ar. O processo OSSOM é controlado termodinamicamente e ocorre à temperatura ambiente, "diz o professor Janusz Lewinski. Para destacar a superioridade da abordagem organometálica para a preparação de ZnO QDs, tanto as propriedades orientadas por procedimento, quanto as estruturas das conchas de ligantes orgânicos de QDs preparadas tanto pela abordagem OSSOM quanto pelo procedimento sol-gel foram comparadas. Para tanto, os cientistas aplicaram o método DNP-NMR que está sendo desenvolvido no grupo do Dr. Gaël De Paëpe (IRIG).

p "Esta técnica de NMR nos permite estudar as interfaces dos nanomateriais com precisão atômica e, assim, demonstrar a diferença entre os materiais testados, "continua o Dr. Daniel Lee e acrescenta que a capacidade de determinar a natureza e a estrutura exatas da interface oferece uma visão valiosa sobre projetos futuros para nanomateriais funcionais novos e totalmente estáveis. As medições DNP-NMR são relativamente rápidas e levam apenas algumas horas. Isso realmente não é muito, especialmente em comparação com a espectroscopia de NMR convencional, que (no caso de medições com resolução comparável) exigiria ... cerca de um ano.

p "O método OSSOM leva à formação de ZnO QDs revestidos com revestimentos orgânicos fortemente ancorados e altamente ordenados. na superfície de nanoestruturas de ZnO derivadas de sol-gel, moléculas de ligante de revestimento são distribuídas aleatoriamente, "Dr. Wolska-Pietkiewicz aponta. Além disso, ligands could be easily removed from the surface of QDs derived from sol-gel process, changing the properties of the resulting nanomaterial. "In our method, the surface is super-protected, and QDs are stable. Como resultado, the OSSOM approach affords high-quality ZnO QDs with unique physicochemical properties, which are prospective for biological applications, " adds Dr. Wolska-Pietkiewicz.

p Why is it so important?

p "This preliminary study has only just scratched the surface (pun intended) of what can be achieved, " says Dr. Lee. "We have shown that being able to study nanomaterials' surface stability at an atomic scale enables the understanding of how to provide their stability, which is extremely important from the point of view of subsequent applications:from sensors and optical devices to targeted drug delivery and nanomedicines."

p "No futuro próximo, we could design, por exemplo, safe and effective drug nanocarriers for cancer therapies, in which we would be able to deposit appropriately selected, active molecules within our ordered organic layer. Positioning is important especially for targeted therapies, por exemplo. Terapia fotodinâmica, because it allows the drug to be released evenly in a particular environment and at the right speed. Além disso, owing to the achieved ligands ordering, we are able to pack a lot of active drug particles on a small carrier, " adds Professor Lewinski.