Contributions to developments of Carbon (Quantum) Dots as fluorescent sensors

Abstract

La Nanotecnología ha revolucionado el mundo científico en los últimos años y su incorporación a la Química Analítica ha permitido el desarrollo y la mejora de sistemas/técnicas para la determinación, separación y caracterización de analitos a concentraciones mucho más bajas. Especial interés han tenido los sensores basados en el empleo de nanopartículas fluorescentes; siendo los puntos cuánticos semiconductores los más utilizados hasta que su posible toxicidad por presentar elementos pesados empezó a preocupar a la comunidad científica. Por ello, fue necesario el desarrollo de nuevas alternativas. En este contexto nacen en 2004 los puntos (cuánticos) de carbono [1], los cuáles en poco tiempo se han convertido una buena alternativa de los puntos cuánticos semiconductores por presentar una elevada solubilidad en agua, fluorescencia, baja toxicidad y elevada biocompatibilidad. Los puntos (cuánticos) de carbono son nanoestructuras esféricas de tamaño nanométrico, generalmente entorno a 3 nanómetros de diámetro, que presentan propiedades fluorescentes características dependiendo de la estructura del núcleo [2]. Se pueden sintetizar siguiendo dos metodologías distintas, conocidas como “bottom-up” y “top-down”. La primera se basa en el autoensamblado de moléculas más pequeñas para dar lugar a estructuras de mayor tamaño como son los nanopuntos de carbono (CNDs), mientras que la metodología “top-down” consiste en la obtención de puntos cuánticos de carbono (CQDs) a partir de sistemas de mayor tamaño, como son los nanotubos de carbono. Los CQDs pueden modificarse superficialmente a través de etapas adicionales, tales como la pasivación o funcionalización de su superficie. La etapa de pasivación permite la activación de la fluorescencia mientras que la etapa de funcionalización se emplea para conferirles reactividad química específica. Pocas aplicaciones han sido desarrolladas hasta el momento para los puntos (cuánticos) de carbono siendo muy usados como nano-herramientas fluorescentes para la determinación de una gran variedad de analitos diana [3]. La Nanotecnología ha mejorado considerablemente nuestras vidas, pero si bien es cierto que el extenso uso de los nanomateriales en multitud de productos comerciales está alertando a la comunidad científica por su posible liberación al medio ambiente, lo que puede dar lugar a futuros problemas medioambientales y de salud pública [4]. Por este motivo, es necesario el desarrollo de nuevos métodos analíticos para la determinación de nanopartículas en diversas matrices. El principal objetivo de la investigación llevada a cabo durante la tesis doctoral ha sido la síntesis y caracterización de diferentes puntos (cuánticos) de carbono así como el desarrollo de métodos analíticos para la determinación de una gran variedad de analitos (moléculas orgánicas, nanopartículas e iones) en diferentes medios.