Octubre, 2023
El francés Moungi Bawendi, el estadounidense Louis E. Brus y el ruso Alexei Ekimov, que actualmente trabajan en Estados Unidos, han recibido el galardón por desarrollar pequeñísimos componentes de nanotecnología: coloridos cristales formados por unos pocos miles de átomos. Entre sus muchas aplicaciones, difunden su luz en televisores y lámparas LED, además de guiar a los cirujanos para extirpar los tumores.
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el Premio Nobel de Química 2023 a Moungi G. Bawendi del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), Louis E. Brus de la Universidad de Columbia y Alexei I. Ekimov de la compañía Nanocrystals Technology, “por el descubrimiento y la síntesis de puntos cuánticos”. Los tres investigadores, que desarrollan su trabajo en centro de Estados Unidos, plantaron una importante semilla para la nanotecnología.
Recordemos: un punto cuántico es un cristal nanométrico que suele estar formado por unos pocos miles de átomos. En términos de dimensiones, tiene la misma relación con un balón de fútbol que este con el tamaño de la Tierra. Son nanopartículas tan diminutas que su tamaño determina sus propiedades.
Propiedades fascinantes e inusuales
Todo el que estudia química aprende que las propiedades de un elemento se rigen por el número de electrones que tiene. Sin embargo, cuando la materia se reduce a dimensiones nanométricas surgen fenómenos cuánticos, que se rigen por el tamaño de la materia.
Los tres premios Nobel de Química 2023 han logrado producir partículas tan pequeñas que sus propiedades están determinadas por estos fenómenos cuánticos.
“Los puntos cuánticos tienen muchas propiedades fascinantes e inusuales. Y lo que es más importante, tienen diferentes colores en función de su tamaño”, afirma Johan Åqvist, presidente del Comité Nobel de Química.
Los físicos sabían desde hacía tiempo que, en teoría, podían surgir efectos cuánticos dependientes del tamaño en las nanopartículas, pero en aquel momento era casi imposible esculpir en nanodimensiones. Por eso, pocos creían que estos conocimientos fueran a tener un uso práctico.
Avance hacia las aplicaciones
Sin embargo, a principios de la década de 1980, Alexei Ekimov (antigua URSS, 1945), logró crear efectos cuánticos dependientes del tamaño en cristal coloreado. El color procedía de nanopartículas de cloruro de cobre y Ekimov demostró que el tamaño de las partículas afectaba al color del cristal a través de efectos cuánticos.
Estos efectos surgen cuando las partículas se ‘encogen’: su tamaño determina el espacio disponible para los electrones, afectando a sus propiedades ópticas. Los puntos cuánticos absorben la luz y luego la emiten a otra longitud de onda, y su color depende del tamaño de la partícula.
Unos años más tarde, Louis Brus (Cleveland, EE. UU., 1943), fue el primer científico del mundo en demostrar efectos cuánticos dependientes del tamaño en partículas que flotan libremente en un fluido.
Después, en 1993, Moungi Bawendi (París, Francia, 1961), revolucionó la producción química de puntos cuánticos, obteniendo partículas casi perfectas. Esta alta calidad era necesaria para poder utilizarlas en aplicaciones.
En la actualidad, los puntos cuánticos son de gran importancia en nanotecnología. Estos pequeñísimos componentes iluminan monitores de computadoras y pantallas de televisión basados en la tecnología QLED (Quantum Dot Light Emitting Diode). También añaden matices a la luz de algunas lámparas LED, y los bioquímicos y médicos los utilizan para cartografiar tejidos biológicos. Además, ayudan a los cirujanos en sus intervenciones, como la extirpación de tejidos tumorales.
Los puntos cuánticos están aportando grandes beneficios a la humanidad, destacan los responsables del Nobel. La comunidad científica también cree que en el futuro podrían contribuir a la electrónica flexible, los sensores diminutos, las células solares más finas y la comunicación cuántica encriptada. La exploración del potencial de estas diminutas partículas no ha hecho más que empezar.
En ese sentido, cada día se hace más real la predicción de Richard Feynman, premio Nobel de Física en 1965. El físico teórico estadounidense vislumbró el desarrollo de la nanotecnología y de la informática cuántica en 1956, cuando en el marco de la Sociedad Americana de Física afirmó: “Hay mucho espacio en el fondo” (“There’s plenty of room at bottom”). 
Fuente: Nobel Prize
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“El Nobel a los descubridores de los puntos cuánticos refleja la transición de la ciencia básica a la aplicada”
Ricardo Martínez
El mundo de la química celebra un nuevo logro. El Premio Nobel 2023 en esa área lo recibirán Moungi G. Bawendi, del Instituto de Tecnología de Massachusetts; Louis E. Brus, de la Universidad de Columbia, y Alexei I. Ekimov, de Nanocrystals Technology Inc., por su destacado trabajo en el descubrimiento y síntesis de puntos cuánticos.
Dicho reconocimiento no sólo subraya la importancia de los avances en este campo, sino que además proyecta luz sobre un área de la química que promete revolucionar múltiples aspectos de nuestra vida diaria.
Estos avances, aunque nos pueden parecer distantes, impactan directamente en la tecnología y la medicina que utilizamos en nuestro día a día.
Para entender mejor la magnitud de este reconocimiento y el alcance real de los puntos cuánticos, entrevistamos a Jesús Rodríguez Romero, investigador y profesor de la Facultad de Química de la UNAM.
—Doctor Rodríguez, podría explicarnos en términos sencillos, ¿qué son los puntos cuánticos y por qué son tan relevantes en la ciencia actual?
—Un punto cuántico es básicamente una reducción de una sustancia a la escala nanométrica. Es como tener un objeto y reducir su tamaño hasta que sea nano. Pero los puntos cuánticos premiados son semiconductores a esta escala nanométrica.
—Entonces, ¿es una porción extremadamente pequeña de materia?
—Correcto. Es una porción de la materia tan pequeña que muestra propiedades distintas, como la luminiscencia, en comparación con el material en tamaño completo.
—¿Cómo ha evolucionado nuestro entendimiento y aplicación de los puntos cuánticos desde su descubrimiento en 1980 hasta ahora?
—En los inicios, Louis Brus desarrolló modelos matemáticos que indicaban que cambiar el tamaño de una sustancia modificaría sus propiedades. Luego, Ekimov y Bawendi encontraron formas de fabricar estos materiales. Ahora, la síntesis de puntos cuánticos se puede hacer en laboratorios medianamente equipados.
—¿Hoy vemos estas tecnologías en objetos cotidianos, como televisores o lámparas led?
—Sí. Dos áreas sobresalientes son la medicina y la tecnología. En la primera, los puntos cuánticos mejoran la calidad de las imágenes de resonancia magnética nuclear. Y en la segunda, marcas como Samsung ya ofrecen pantallas con superresolución gracias a los puntos cuánticos, ya que permiten distintos y más puros colores según su tamaño.
—Doctor, comentaba la relación entre el tamaño de una partícula y la luz que emitirá. ¿Nos puede profundizar más?
—Claro, el profesor Brus descubrió que cambiando el tamaño de un cristalito se modifica el color de luz que emitirá. Un cristalito más grande puede emitir luz roja, mientras que al reducirlo, emite luz azul. Esto nos permite obtener diferentes colores con el mismo material, variando únicamente su preparación.
—Por tanto, el potencial es amplio al trabajar con un material para distintas aplicaciones.
—Exactamente, como en las pantallas, logrando diferentes colores.
—¿Hay aún desafíos en la investigación de puntos cuánticos?
—A pesar del rápido desarrollo, enfrentamos desafíos como lograr ciertos colores y asegurar la estabilidad de estos materiales en medios biológicos. Además, aunque la fabricación es más accesible, todavía no es trivial y demanda tecnologías específicas.
—En relación al premio Nobel, ¿qué piensa de este reconocimiento a la química detrás de los puntos cuánticos?
—Refleja la transición de la ciencia básica a la aplicada. Demuestra que investigar por el puro conocimiento puede, con el tiempo, traducirse en soluciones tangibles para la humanidad.
—Un mensaje claro sobre la importancia de la investigación.
—Sin duda, esta ciencia se convierte en la base de todas las aplicaciones futuras.
—¿Algún punto final que quisiera agregar?
—Resaltar que, con premios como éste, la sociedad puede comprender la importancia de la educación y el desarrollo científico de un país. Estas aplicaciones benefician desde el entretenimiento hasta la medicina.
—Como mencionó anteriormente, en detección de tumores y cirugías en tiempo real.
—Sí, estas imágenes más nítidas ofrecen diagnósticos más precisos. Es la unión perfecta entre teoría y experimentación.
