Como los puntos lumínicos de carbono son nanopartículas biocompatibles y fácilmente funcionales, han atraído un interés significativo como conductos para aplicaciones orientadas biológicamente. Las extraordinarias propiedades de fluorescencia de los puntos lumínicos de carbono han sido, naturalmente, los principales objetivos de la investigación biológica, centrándose especialmente en las aplicaciones de bioimagen. Sin embargo, se han empleado puntos lumínicos de carbono en aplicaciones biológicas distintas de la formación de imágenes, relacionadas principalmente con sus dimensionalidades en nanoescala y con las unidades funcionales mostradas en su superficie. A continuación, se describe un ejemplo de tales aplicaciones. Debe hacerse hincapié en que las aplicaciones biológicas de los puntos lumínicos de carbono todavía contienen muchas «incógnitas mecánicas», algo relacionado con el hecho de que la investigación de carbono-punto sigue siendo una disciplina científica joven.
Por primera vez, se han aplicado puntos de carbono lumínicos y diminutos a la formación de imágenes intracelulares y al seguimiento de la administración de fármacos que implican diversas técnicas espectroscópicas ópticas y vibratorias basadas en fluorescencia, Raman e imágenes hiperespectrales. Los investigadores han demostrado, por primera vez, que las nanopartículas fotopolimerizables pueden mostrar un cambio reversible de sus propiedades ópticas en las células cancerosas.
«Una de las principales ventajas de estos agentes es su fuerte sensibilidad óptica intrínseca sin la necesidad de ningún colorante adicional / fluoróforo y sin foto-blanqueamiento problemas asociados con ella«, explicó Dipanjan Pan, profesor asistente de bioingeniería y el líder del estudio. «Utilizando una elegante química de superficie a nanoescala, creamos una vía de» enmascaramiento «molecular para desactivar la fluorescencia y luego eliminar selectivamente la máscara que conduce a recuperar el brillo«.
«El uso de puntos lumínicos de carbono para iluminar las células humanas no es nuevo. De hecho, mis laboratorios y varios otros grupos de todo el mundo han demostrado que estos pequeños puntos representan una clase única de materiales luminiscentes con excelente biocompatibilidad, degradabilidad y acceso relativamente fácil a la síntesis a gran escala en comparación con otros materiales luminiscentes populares tales como los puntos cuánticos «, agregó Pan, quien también dirige el programa de Master Profesional en Ingeniería y en Bioingeniería en Illinois.
Y, todo el proceso está altamente controlado y puede ser observado en células vivas como se informó en el estudio del grupo, “Macromolecularly ‘Caged’ Carbon Nanoparticles for Intracellular Trafficking via Switchable Photoluminescence,”
que ha sido editado en el Journal of American Chemical Society.
«Podemos aplicar esta técnica para el tráfico intracelular por medio de foto-luminiscencia conmutable en células de un mamífero in vitro, en el que las moléculas anfífilas aniónicas abundantes en la membrana endocítica participan en el proceso de» eliminación de enjaezamiento«, indicó Pan. «Los puntos lumínicos de carbono, cada uno midiendo menos de 50 nanómetros de diámetro, se obtienen del néctar de agave y son altamente luminiscentes. El intercambio químico in situ a nanoescala profundizó aún más en la comprensión mecanicista del origen de la luminiscencia del carbono e indicó que se trata principalmente de un fenómeno superficial.
«Esto puede ser encendido y apagado reversiblemente por una química a nanoscala contra-iónica simple,» afirmó Pan. «Estos resultados pueden convertirse en la base de diseños nuevos e interesantes para los materiales basados en el carbono para la imagen intracelular sondar la función celular y estudiar otros procesos biológicos«.
Mientras que el origen de la luminiscencia en los puntos de carbono sigue siendo un misterio, Pan y sus colaboradores han demostrado previamente que estas partículas pueden utilizarse para rastrear simultáneamente la carga y la liberación cuantitativa de la carga utilizando imágenes hiperespectrales o técnicas basadas en espectroscopia vibratoria.
