面向生物医学应用的高质量氧化锌量子点

 
IPC PAS，WUT和IRIG的研究人员比较了稳定两种方法制备的ZnO QD的有机层结构(即在华沙开发的常用溶胶-凝胶法和OSSOM方法)。我们试图通过以下方式介绍研究的精髓：a)混乱地排列，颜色不同的手-溶胶-凝胶衍生的ZnO QD的特征，b)成对的，成对的，非常规则地围绕核心排列的手，这是制备的ZnO QD的特征通过OSSOM方法。图片来源：IPC PAS，G.Krzyzewski纳米晶氧化锌(ZnO)由于其独特的催化和电光特性，目前是最常用的半导体金属氧化物纳米材料之一。 ZnO纳米结构的固有和独特的理化性质取决于各种因素，这些因素由所应用的合成程序和所得纳米晶体-配体界面的特性决定。因此，制备稳定的ZnO纳米结构，尤其是尺寸小于10nm的纳米颗粒，即具有期望的物理化学性质的量子点(QD)，对于化学家仍然是巨大的挑战。
最近，波兰科学院物理化学研究所(IPC PAS)和华沙理工大学(WUT)的科学家与格勒诺布尔跨学科研究所(IRIG)合作，使用了动态核极化(DNP)增强型固态核磁共振(NMR)光谱用于详细表征通过传统溶胶-凝胶工艺和最近开发的一锅式自支撑有机金属(OSSOM)程序制备的ZnO量子点的有机-无机界面。同时，对生物稳定的ZnO量子点的设计和制备进行了研究，并确定了它们的结构-生物活性关系。这些研究发表在高影响力的期刊《 Angewandte Chemie and Scientific Reports》上。
这两篇论文的合著者Magorzata Wolska-Pietkiewicz博士说：“我们想明确地确认使用OSSOM方法在我们的实验室中制备的ZnO QD具有前所未有的高质量。” “到目前为止，ZnO QD通常是通过溶胶-凝胶工艺生产的。但是，这种传统方法的主要缺点是重现性低，这可能会抑制颗粒形态和有机配体壳组成的均匀性。因此，由此产生的纳米结构基本上是不稳定的，并且易于聚集。我认为，这大大限制了纳米晶ZnO在各种技术中的潜在应用。” Wolska-Pietkiewicz博士补充道。
“无所不在的溶胶-凝胶法的替代方法是很有前途的湿法有机金属方法。最近在我们实验室中开发的OSSOM程序是基于将定义明确的有机锌前体在空气中的受控暴露。OSSOM工艺是热力学控制的，发生在室温下。” Janusz Lewinski教授说。为了突出有机金属方法在制备ZnO QD中的优越性，比较了OSSOM方法和溶胶-凝胶方法制备的QDs的程序驱动性能以及有机配体壳的结构。为此，科学家应用了GaëlDePaëpe博士(IRIG)小组正在开发的DNP-NMR方法。
Daniel Lee博士继续说：“这种NMR技术使我们能够以原子精度研究纳米材料的界面，从而证明受测材料之间的差异。”他补充说，确定界面确切性质和结构的能力为我们提供了宝贵的见解新型和完全稳定的功能纳米材料的未来设计。此外，DNP-NMR测量相对较快，仅需几个小时。确实不算什么，特别是与常规NMR光谱相比，后者(在以可比较的分辨率进行测量的情况下)将需要大约一年的时间。
Wolska-Pietkiewicz博士指出：“ OSSOM方法导致形成具有牢固锚固和高度有序的有机涂层的ZnO QD。相反，在溶胶-凝胶衍生的ZnO纳米结构的表面上，涂层配体分子是随机分布的。” 。此外，可以很容易地从溶胶-凝胶工艺衍生的量子点表面上除去配体，从而改变了所得纳米材料的性能。 Wolska-Pietkiewicz博士补充说：“在我们的方法中，表面受到了超级保护，量子点是稳定的。因此，OSSOM方法提供了具有独特物理化学性质的高质量ZnO量子点，对于生物学应用具有前景。”
在IPC PAS上进行的研究能够解决ZnO NCs截然不同的纳米晶-配体界面结构。在照片中：Ma?gorzata Wolska-Pietkiewicz博士展示了一种来自象征性反应混合物(气球)的“完美” ZnO纳米颗粒。信用：IPC PAS，G.Krzyzewski为什么如此重要?
Lee博士说：“这项初步研究只是摸索了可以实现的目标(双关语)。” “我们已经表明，能够以原子级研究纳米材料的表面稳定性，从而能够理解如何提供其稳定性，这从后续应用的角度来看非常重要：从传感器和光学设备到靶向药物的递送和纳米药物。”
“在不久的将来，我们可以设计用于癌症治疗的安全有效的药物纳米载体，在其中我们可以在我们有序的有机层中沉积适当选择的活性分子。定位对于目标疗法尤其重要，例如光动力学疗法，因为它可以使药物在特定的环境中以适当的速度均匀地释放。此外，由于实现了配体的有序排列，我们能够将许多活性药物颗粒包装在一个小的载体上。”莱温斯基教授。