Lo que necesitas saber sobre los nanodotos de carbono

Pantallas plegables. Bioimagen. Terapias inducidas por fotos. Cada uno de estos tiene algo en común: nanodotos de carbono. Y la espectroscopía desempeña un papel importante en el desarrollo de estas tecnologías.

Los nanodotos de carbono son diminutas partículas hechas de carbono a escala nanométrica. Los científicos pueden fabricarlo a partir de diversas fuentes, como carbono o carbohidratos a granel. Incluso pueden fabricarla a partir de biomasa o materia orgánica. Estas partículas son fáciles de sintetizar, lo que hace que el coste de preparación sea bajo.

Los científicos producen nanodotos de carbono como pilas de unas pocas capas de grafeno. Está dispuesto en un panal continuo bidimensional de carbono. Debido al tamaño confinado, los nanodotos de carbono tienen una banda prohibida finita que puede absorber y emitir luz.

El grafeno, en su estado mayor, no fluoresce, ya que es una sustancia metálica. Sin embargo, tiene una alta conductividad eléctrica, útil en muchas aplicaciones. Pero cuando el tamaño del grafeno se hace más pequeño, se vuelve semiconductor y puede emitir una fuerte fluorescencia.

Los nanodotos de carbono son importantes por sus propiedades fotoluminiscentes. Los científicos pueden ajustar el color de la fluorescencia a partir de nanodotos de carbono modificando su tamaño y la química de la superficie.

Los investigadores utilizan espectrofluorómetros para medir las características de los nanopuntos y la fotoluminiscencia de estos materiales.

Doo-Young Kim, Ph.D., es profesora asociada de Química en la Universidad de Kentucky. Kim estudia cómo el tamaño y la estructura de los nanodotos de carbono influyen en la fluorescencia y otras propiedades. Estas propiedades, a su vez, afectan al rendimiento de los nanodots en su aplicación final.

Kim utiliza una versión ampliada del espectrofluorómetro FluoroxMax-C ^® de HORIBA para su investigación sobre nanodotos de carbono. Puede realizar varias cosas: medir la intensidad y el espectro de fluorescencia en estado estacionario en un amplio rango espectral, desde longitudes de onda visuales hasta de infrarrojo cercano. Puede determinar la eficiencia precisa del proceso de fluorescencia. Y la unidad de conteo de fotones individuales correlacionados en el tiempo (TCSPC) del FluoroMax-C puede medir la vida útil de fluorescencia resuelta en el tiempo de los materiales emisores. Toda esta información alimenta el conocimiento sobre las propiedades de los nanodotos de carbono.

Existen varias aplicaciones para los nanodotos de carbono. Los profesionales introducen estos materiales de tamaño nanométrico en las células biológicas para colorear las células y rastrear los componentes biológicos. Los investigadores pueden rastrear la ubicación y los movimientos del componente con nanodotos de carbono específicos y predeterminados, que fluorescan en diferentes colores.

Los nanodotos de carbono también se utilizan en el tratamiento del cáncer. Si excitas ciertos nanodotos de carbono con una fuente de luz específica, se generan químicos tóxicos localmente, como especies de oxígeno singlete. Los investigadores han identificado ciertas especies de oxígeno singlete capaces de dañar una célula cancerosa. La espectroscopía de fluorescencia para análisis químico revela información sobre las muestras biológicas.  Esta área, llamada terapia fotodinámica, se está estudiando intensamente.

Quizá la aplicación comercialmente más interesante y menos desarrollada de los nanodotos de carbono sea su uso en dispositivos de visualización.

Conocidos como diodos emisores de luz orgánicos, o OLEDs, los ingenieros aprovechan las propiedades fluorescentes de los nanodotos de carbono. Los nanodotos de carbono pueden emitir luz fluorescente intensa, y el color de su emisión puede ajustarse de ultravioleta a rojo. Los OLED se están utilizando para pantallas en televisores, monitores y smartphones.

Las ventajas de los OLED incluyen un menor coste de producción y la flexibilidad del material. Los fabricantes pueden fabricar pantallas basadas en OLED en forma curva, pero la durabilidad y su vulnerabilidad al entorno han sido problemáticas.

Los OLED son un posible sustituto de los LED, pantallas de diodos emisores de luz. Los LEDs utilizan silicio más caro para su fabricación y requieren una optimización más sofisticada que los OLED.

Los investigadores creen que en los próximos años aprenderán a construir nanodots de carbono de una manera que permita pantallas plegables. Uno que puedas colapsar y guardar en el bolsillo. Imagina las posibilidades.