Ученые оценивают риски квантовых точек
Квантовые точки могут принести много полезного: эффективную солнечную энергию, направленную доставку генов и лекарств, твердотельное освещение и достижения в биомедицинской визуализации.
Но они также могут представлять опасность.
Команда исследователей из Университета Райса изучает риски для здоровья от квантовых точек — полупроводниковых нанокристаллов размером с молекулу, обычно состоящих из тяжелых металлов, окруженных органической оболочкой.
Педро Альварес, профессор и заведующий кафедрой гражданского и экологического инжиниринга, опубликовал статью в ACS Environmental Science and Technology, показывающую, что даже в слабокислых или щелочных условиях оболочки могут разрушаться, высвобождая токсичное содержимое в организм или окружающую среду.
«Мы заинтересованы в долгосрочных последствиях нанотехнологий и понимаем, что квантовые точки будут производиться в больших количествах», — сказала исследователь Шейли Махендра, проводившая основную часть работы. — «Мы решили проактивно изучить их эффекты, чтобы участвовать в разработке правил безопасности».
Точки размером 1/50 000 толщины человеческого волоса оказались безопасными в приложениях с нейтральным pH. Однако исследование показало, что при утилизации таких продуктов токсины могут в конечном итоге попасть в окружающую среду.
«В этом смысле квантовые точки похожи на батарейки», — сказал Альварес, имея в виду обычные никель-кадмиевые элементы, которые не рекомендуется выбрасывать в мусор. — «Они часто имеют биосовместимые покрытия, стабильные в воде, но как только мы теряем это покрытие, они могут высвобождать токсичные соединения».
В солнечных элементах квантовые точки могут быстро разрушаться кислотными дождями. Другая проблема — кислоты в организме могут разрушать точки, используемые, например, для визуализации in vivo. «Если они разлагаются быстрее, чем выводятся, существует риск высвобождения тяжелых металлов в организм», — сказал Альварес. — «Тогда их воздействие становится вопросом дозы».
Команда проверила теорию на обычных бактериях, служащих моделями клеточной токсичности и индикаторами здоровья окружающей среды. При почти нейтральном pH бактерии, подвергнутые воздействию квантовых точек, содержащих кадмий и селен, показали снижение скорости роста, но не погибли.
Но в умеренно кислых или щелочных условиях оболочки квантовых точек разлагались быстрее, убивая бактерии за несколько часов.
С положительной стороны, исследование также показало, что определенные белки и природные органические вещества, такие как гуминовые кислоты, могут смягчать эффекты разлагающихся квантовых точек, покрывая их или связывая высвобождаемые ионы металлов, делая их менее токсичными.
Исследователи предупредили, что краткосрочные исследования не могут легко предсказать, будут ли токсины, высвобождаемые квантовыми точками, накапливаться в организме с течением времени. «Мы надеемся, что наша работа стимулирует исследования в других лабораториях по динамике высвобождения», — сказал Альварес.