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Los polímeros que contienen puntos cuánticos (QD) se reconocen como componentes críticos de los productos de consumo de próxima generación, pero sigue existiendo ambigüedad sobre cómo estos compuestos pueden afectar negativamente la salud pública y el medio ambiente.
![El estudio podría ayudar a reducir el riesgo ambiental de los puntos cuánticos](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39488_16590172286724025.jpg)
Estudio: Los defectos superficiales y el tamaño de las partículas determinan el transporte de puntos cuánticos de CdSe desde los plásticos al medio ambiente. Crédito: Van Pympk/Shutterstock.com
Un artículo de prueba previa del Journal of Hazardous Materials examina cómo el transporte de puntos cuánticos desde materiales poliméricos al medio ambiente está relacionado con su área de superficie y sus propiedades de tamaño.
Nanocompuestos poliméricos (PNC): descripción general y significado
La integración de aditivos nanoestructurados como puntos cuánticos en polímeros es un método para producir compuestos híbridos innovadores como nanocompuestos poliméricos (PNC) con propiedades térmicas, físicas y ópticas mejoradas.
Los PNC tienen numerosas aplicaciones en la fabricación de productos importantes en materiales aeroespaciales y automotrices, retardantes de llama, sistemas de almacenamiento de energía, alimentos envasados y dispositivos médicos.
Transferencia de polímero a líquido de puntos cuánticos en PNC
La producción sostenible de PNC requiere evaluar si las nanopartículas, como los puntos cuánticos, migran al entorno externo. La transferencia de puntos cuánticos al entorno líquido cercano es particularmente importante para los PNC utilizados en dispositivos médicos o aplicaciones de procesamiento de alimentos.
Varios estudios sobre los fenómenos de transporte de polímero a líquido en las PNC han demostrado que la masa de nanomaterial transferida desde estas PNC al entorno líquido es mínima, pero debido a las diferencias en las propiedades de los nanorrellenos, el entorno externo, el tipo de polímero y las condiciones de prueba, el volumen es variable. y forma
A pesar de estos avances, la química interfacial de los puntos cuánticos que impulsan la dinámica de degradación y transporte y las variables que controlan estas reacciones siguen siendo desconocidas. Como resultado, es imposible determinar si dos PNC nominalmente equivalentes producirían una mayor exposición de puntos cuánticos al medio ambiente bajo los mismos parámetros operativos.
Limitaciones de los modelos de transporte de puntos cuánticos utilizados anteriormente
Los marcos teóricos pueden ayudar a comprender cómo se mueven los puntos cuánticos de los materiales poliméricos al medio ambiente. Si bien existen varios modelos de transporte para moléculas pequeñas, hay pocos modelos significativos en la literatura que se hayan creado explícitamente para compuestos de nanopartículas como los puntos cuánticos.
Uno de los problemas más apremiantes en el análisis de riesgos de los materiales nanocompuestos es la falta de marcos teóricos respaldados por datos para predecir el movimiento de los puntos cuánticos desde las PNC al entorno externo.
Un mayor conocimiento sobre las propiedades de transferencia de masa de los nanorrellenos a través de la teoría y la experimentación puede mejorar significativamente los principios de fabricación y diseño de las PNC, mejorar la sostenibilidad y reducir el impacto ambiental negativo de las PNC de próxima generación.
Aspectos destacados del estudio actual
En este estudio, los investigadores crearon una clase de PNC que utiliza polietileno de baja densidad (LDPE) como polímero huésped y puntos cuánticos de seleniuro de cadmio (CdSe) de varios tamaños. Dado que los puntos cuánticos están ampliamente disponibles, cubren un rango de tamaño de 1 a 10 nm y tienen una dispersabilidad de tamaño mínimo, son modelos adecuados para estudiar el movimiento de nanopartículas desde las PNC hacia el medio ambiente.
Se evaluaron la fotoluminiscencia (PL) y la composición de los PNC fabricados para comprender cómo la integración de puntos cuánticos en LDPE afecta su estequiometría interfacial y la concentración de defectos superficiales. Se han realizado varios estudios de migración para correlacionar la velocidad de movimiento del punto cuántico con el diámetro inicial del punto cuántico y la reactividad de la superficie.
Luego, esta información se utilizó para crear un modelo semiempírico para predecir la transferencia de puntos cuánticos de materiales poliméricos al entorno líquido circundante.
Hallazgos importantes
Los investigadores observaron una relación inversa entre la masa de los puntos cuánticos migratorios y su diámetro inicial, ya que las partículas más pequeñas tienen un área de superficie específica más grande.
Este trabajo también introdujo el primer marco teórico capaz de modelar el complicado proceso de migración de los puntos cuánticos. Estos modelos se han aplicado con eficacia a sustratos con una amplia variedad de tamaños de puntos cuánticos de salida y tiempos de almacenamiento PNC. Para simular el movimiento de puntos cuánticos a través de interfaces ambientales y de polímeros, el marco combina la eyección de masa de puntos cuánticos dependiente del tiempo con la ecuación de difusión en condiciones de contorno simples.
Con base en estos resultados, es razonable concluir que el marco teórico desarrollado en este estudio podría ser una herramienta útil y funcional para evaluar los riesgos de migración de los puntos cuánticos para la salud humana y el medio ambiente. Este marco también puede proporcionar nuevos conocimientos sobre los procesos físicos y químicos involucrados en los fenómenos de movimiento de los nanomateriales que serían difíciles de lograr utilizando solo enfoques experimentales.
Relación
Duncan, TV et al. (2022). Los defectos superficiales y el tamaño de las partículas determinan el transporte de puntos cuánticos de CdSe desde los plásticos al medio ambiente. Diario de materiales peligrosos. Disponible en: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.12968
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