Desenvolvimento de nanoplataformas baseados em pontos quânticos aplicadas à determinação de ânions e cátions metálicos

Abstract

Pontos quânticos (PQs) são nanocristais semicondutores com propriedades ópticas e eletrônicas únicas, ideais para aplicações em sensoriamento, imagem e dispositivos optoeletrônicos. Graças à sua alta área superficial e facilidade de funcionalização, podem atuar como nanossondas sensíveis e seletivas. No entanto, muitos PQs contêm metais pesados e são sintetizados em meios orgânicos, limitando seu uso em contextos ambientais. Neste trabalho, foi proposto o desenvolvimento e a aplicação de pontos quânticos como nanoplataformas funcionais em abordagens analíticas voltadas à determinação de ânions (CO₃²⁻, HCO₃⁻, SO₃²⁻ e HSO₄⁻) e metais (Cu e Cr). Inicialmente, por serem materiais bem estabelecidos pela literatura, o que facilita sua utilização em contextos não convencionais, foram preparados PQs hidrofílicos de CdTe estabilizados com cisteamina (CdTe-CIS), ácido mercaptossuccínico (CdTe-MSA) e glutationa (CdTe-GSH) para a detecção dos ânions CO₃²⁻, HCO₃⁻, SO₃²⁻ e HSO₄⁻, demonstrando possuírem propriedades ópticas favoráveis e alta fotoestabilidade. Os resultados de detecção revelaram um aumento gradual na intensidade de emissão dos PQs de CdTe-CIS, proporcional à adição de maiores concentrações dos ânions e, além disso, os PQs também demonstraram interação inespecífica favorável aos ânions de interesse, sobretudo ao CO32-. Paralelamente, foram desenvolvidos PQs ternários de AgInSe₂ livres de metais potencialmente tóxicos, sintetizados em meio aquoso por rota coloidal aprimorada por otimização multivariada. Essa abordagem permitiu a identificação das condições experimentais mais adequadas para maximizar a emissão dos nanocristais, que apresentaram banda de emissão centrada em 735 nm e energia de bandgap de 1,69 eV, além de estrutura cristalina típica de nanomateriais e pequena distribuição de tamanhos, com diâmetro médio de 5,6±0,6 nm, conforme caracterizações ópticas e estruturais. Na busca por rotas sintéticas mais sustentáveis, agentes redutores alternativos, como ácido ascórbico e glicose, foram empregados com sucesso em substituição ao borohidreto de sódio. As análises revelaram que a natureza e quantidade dos redutores influenciaram diretamente o tamanho, as propriedades ópticas e a estabilidade coloidal dos PQs. Os sistemas obtidos com ácido ascórbico em menor nível apresentaram as melhores propriedades ópticas, como maior homogeneidade espectral, menor diâmetro médio e bandgap de 1,86 eV, evidenciando a viabilidade do uso de agentes redutores verdes. Os nanocristais sintetizados também foram explorados como intensificadores de sinal em espectrometria de emissão óptica por plasma induzido por laser assistida por nanopartículas (NELIBS), com resultados promissores quanto à amplificação espectral, com aumentos significativos de mais de 5 vezes o sinal da linha espectral do cobre, e pelo menos 1,5 vez o sinal da linha espectral de cromo. Acredita-se que este estudo contribui para o desenvolvimento de rotas sintéticas sustentáveis e aplicação de PQs coloidais em duas frentes: (i) como nanossondas fluorescentes para detecção de ânions em meio aquoso e (ii) como nanoplataformas funcionais para amplificação de sinais analíticos espécies metais. Os resultados indicam o potencial de nanomateriais mais seguros e versáteis, livres de metais tóxicos, para aplicações analíticas avançadas.