Nanodiamantes en polímeros podrán favorecer la computación cuántica y los estudios biológicos

Se trata de una técnica desarrollada en el Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo, en Brasil. La codificación y el procesamiento de información y la marcación de células forman parte de la lista de aplicaciones

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Un centro nitrógeno-vacante (NV, por sus  siglas en inglés) es un defecto en la estructura cristalina del diamante en el cual un átomo de nitrógeno ocupa el lugar de un átomo de carbono y una posición adyacente de la red queda vacía. Este y otros defectos fluorescentes en diamantes, conocidos como centros de color, han atraído la atención de los científicos debido a sus propiedades cuánticas. Entre ellas, la emisión de fotones únicos a temperatura ambiente, con largo tiempo de coherencia. La amplia lista de aplicaciones incluye la codificación y el procesamiento de información cuántica y marcaciones de células en estudios biológicos.

Como la microfabricación en diamante es técnicamente difícil, la incorporación de nanodiamantes con centros de color en estructuras previamente proyectadas constituye una forma de integrar a esos emisores cuánticos en dispositivos fotónicos. Un estudio realizado en el Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP), en Brasil, estableció un método para ello. Y los resultados se dieron a conocer en el periódico científico Nanomaterials.

“Demostramos un método de incorporación de nanodiamantes fluorescentes a microestructuras proyectadas empleando la polimerización por absorción de dos fotones [2PP]”, le comenta a Agência FAPESP Cleber Mendonça, profesor titular del IFSC-USP y coordinador del estudio.

“Estudiamos la concentración ideal de nanodiamantes en el fotorresist [un material sensible a la luz utilizado en el proceso de fabricación] para obtener estructuras con al menos un centro NV fluorescente y una buena calidad estructural y óptica”, añade.

La polimerización por absorción de dos fotones (2PP) es una técnica que ha venido empleando bastante el grupo de Mendonça para fabricar microestructuras tridimensionales. Dicho de manera simplificada, se trata de un tipo de escritura con láser en la cual un haz de laser de alta intensidad se enfoca sobre una resina polimérica aún no solidificada. Al recorrer la resina, la luz deja tras de sí la microestructura polimérica de interés.

En este caso, se le agregó una solución de nanodiamantes en agua desionizada a la mezcla de monómeros que componían el fotorresist. Y luego de todos los procedimientos fisicoquímicos necesarios, se sometió a la muestra a pulsos de un potente láser de titanio-zafiro, orientados por un aparato óptico computarizado de acuerdo con coordinadas exactas que promovió la microfabricación.

“Se utilizaron mediciones de fluorescencia y espectroscopía Raman para confirmar la presencia y la ubicación de los nanodiamantes. Y mediciones de absorbancia evaluaron las pérdidas por dispersión a concentraciones más altas. Nuestros resultados demostraron la factibilidad de fabricar microestructuras con la incorporación de nanodiamantes fluorescentes para aplicaciones en fotónica y tecnología cuántica”, informa Mendonça.

El mencionado trabajo forma parte del proyecto doctoral de Filipe Assis Couto, dirigido por Mendonça y autor principal del artículo. Y contó con el apoyo de la FAPESP en el marco de cinco proyectos (09/54035-4, 13/07276-1, 18/11283-7, 19/27471-0, 20/08715-2).

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Integrating Fluorescent Nanodiamonds into Polymeric Microstructures Fabricated by Two-Photon Polymerization en el siguiente enlace: www.mdpi.com/2079-4991/13/18/2571.