Nu för tiden, zinkoxidnanopartiklar är bland de mest använda nanomaterialen. De verkar vara säkra för människor, men det finns fortfarande inga standarder för deras toxicitet, och trots undersökningar, den toxikologiska effekten av ZnO nanomaterial är fortfarande tvetydig. Forskare från Polska vetenskapsakademin (IPC PAS) i Warszawa och Warszawas tekniska universitet (PW) har nyligen utvecklat en metod för att producera defektfria ZnO-kvantprickar med bestående fysikalisk-kemiska egenskaper som monodispersitet, en relativt hög kvanteffektivitet, rekordlång luminescenslivslängd och EPR-tystnad under standardförhållanden. De tätt samordnade och ogenomträngliga organiska skalen som stabiliserar ytan gör de nya ZnO -kvantprickarna resistenta mot både kemiska och biologiska miljöer.

"Våra zinkoxidnanokristaller är av oöverträffad hög kvalitet, kännetecknas av betydligt bättre kemiska och fysikaliska egenskaper än de som för närvarande produceras med den mest populära sol-gel-metoden som involverar oorganiska prekursorer, " säger prof. Janusz Lewinski (IPC PAS, PW). "Luminescenslivslängden är mycket längre med upp till flera storleksordningar. Dessutom, tills nu, endast korta ZnO -fotoluminescensförfall har observerats, i storleksordningen några till ett dussin eller så pikosekunder, karakteristisk för sol-gel nanopartiklar, eller något längre, nanosekund, typiskt endast för ZnO monokristaller."

I kombination med biologiskt aktiva molekyler, de nya nanopartiklarna kan användas inom biologi eller medicin, t.ex. för avbildning av celler och vävnader, vilket skulle möjliggöra mycket mer noggrann övervakning av sjukdomens utveckling och behandlingens effekt. I en artikel publicerad i Kemi - En europeisk tidskrift , forskarna i Warszawa, i samarbete med en grupp från Jagiellonian University i Krakow, visade att deras nanopartiklar av zinkoxid är säkra. Forskningen kan leda till snabb introduktion av de nya ZnO-kvantprickarna för biologiska och medicinska laboratorier och andra applikationer.

ZnO nanokristaller tillverkade på ett klassiskt sätt med sol-gel-metoden är inte väl stabiliserade eller isolerade från miljön. Till exempel, interaktioner som sker vid gränsytan mellan den oorganiska ZnO-kärnan och den biologiska miljön kan leda till generering av reaktiva syreämnen eller upplösning och frisättning av potentiellt toxiska zinkkatjoner.

"Zinkoxid anses allmänt vara ett relativt säkert och biokompatibelt material. många toxikologiska studier av ZnO rör nanopartiklar som är heterogena i storlek och dessutom för stora för att kunna tränga in i celler. Vi insåg också att i praktiken, många av nanopartiklarnas egenskaper beror inte bara på deras storlek, men också på ytegenskaperna hos både det nanokristallina ZnO och det organiska stabiliserande skiktet. Därför, vi bestämde oss för att modifiera vår enpott, självbärande organometallisk syntesmetod, så att de producerade ZnO nanopartiklarna beter sig så neutralt som möjligt i det inre av cellerna, " säger Dr Malgorzata Wolska-Pietkiewicz (PW).

Prof. Lewinskis team producerar kvantprickar av zinkoxid från organometalliska föreningar (prekursorer). För biologiska tillämpningar, slutresultatet är stabilt, sfäriska nanopartiklar som består av en kristallin ZnO-kärna med en diameter på fyra till fem nanometer omgiven av ett skal av organiska ligander. Detta skal ökar storleken på nanopartiklarna (deras hydrodynamiska diameter är cirka 12 nm) och skyddar den oorganiska kärnan från nedbrytning på grund av interaktion med vad som ofta är en mycket reaktiv biologisk miljö, samtidigt som man eliminerar påverkan av ZnO själv på denna miljö.

"Nanopartiklar med kärnstorlekar under 10 nm tränger särskilt lätt in i cellerna. Sådana partiklar anses vara potentiellt de mest giftiga. Intressant nog, dessa ZnO -nanopartiklar visade extremt låga skadliga effekter i in vitro -modelltester. De senaste resultaten, samt de studier som genomförts samtidigt i föräldrateamet, gav ytterligare bevis på den unika karaktären hos den nanokristallina ZnO som erhålls som ett resultat av omvandlingen av organometalliska molekylära prekursorer, " konstaterar Dr. Wolska-Pietkiewicz.

Dock, det finns farhågor om deras biologiska och miljömässiga effekter. Nanopartiklar kan komma in i kroppen – andningsvägarna utsätts ofta för förhöjda koncentrationer av nanomaterial är särskilt känsliga för toxicitet. Därför, A549- och MRC-5-cellinjer valdes ut som in vitro-modeller för inre maligniteter och normala lungceller, respektive. Researchers from the IPC PAS and PW showed that the organic layer surrounding the improved nanoparticles is impermeable—zinc ions are not released into the environment, and reactive oxygen species are not formed. Even at high concentrations, the toxicity of the new ZnO nanoparticles turned out to be negligible.

"Our method for the production of ZnO quantum dots means that they simply do not interact with the biological environment. So we have a strong foundation on which to start working on their applications. Not only in medical imaging, but also in other areas in which nanoparticles could potentially interact with the human body, till exempel, as one of the components of paint. We are also developing a new technology for the synthesis of ZnO quantum dots and searching for potential applications as a part of NANOXO, a start-up company, " summarizes Prof. Lewinski.