Síntese e caracterização de pontos quânticos de carbono derivados de óleos essenciais

Abstract

Os pontos quânticos de carbono (Cdots) têm atraído interesse crescente na comunidade científica devido às suas notáveis propriedades físicoquímicas, métodos de síntese relativamente simples, baixo custo de produção e versatilidade funcional. Esses nanomateriais exibem características ópticas superiores a demais nanopartículas, como elevada fotoestabilidade e emissões que variam conforme o tamanho das partículas e o comprimento de onda de excitação. Dadas estas características, os Cdots são investigados em uma diversidade de campos, incluindo terapia tumoral, bioimagem, atividade antibacteriana, fotocatálise e desenvolvimento de materiais com capacidades autorregenerativas. Entre os diversos precursores utilizáveis para a síntese de Cdots, os óleos essenciais (OEs), que são extraídos de partes de plantas como folhas, raízes, caules, frutas, flores e resinas, são destacados por suas propriedades antioxidantes, antimicrobianas e antibacterianas excepcionais. Neste estudo, detalha-se a síntese de Cdots fotoluminescentes a partir de óleo de cravo (Syzygium aromaticum), canela (Cinnamomum zeylanicum) e alecrim (Salvia rosmarinus) empregando métodos hidrotérmicos e assistidos por microondas, sem o uso de reagentes adicionais. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de transmissão revelaram a formação de Cdots com dimensões na faixa de 2 a 20 nm, variando conforme a metodologia de síntese empregada e o tipo de OE utilizado como precursor. Análises realizadas por Espectroscopia de Infravermelho por Transformada de Fourier indicaram que os Cdots sintetizados mantiveram os grupos funcionais originais presentes nos óleos essenciais, sugerindo a preservação das propriedades antioxidantes e antibacterianas, o que requer validação futura. As propriedades ópticas dos Cdots e dos OEs precursores foram investigadas por meio de espectroscopias de absorbância na região do ultravioleta visível (UVvis)e de fotoluminescência, incluindo matrizes de excitaçãoemissão. Estes estudos mostraram que os Cdots exibem características ópticas aprimoradas em comparação com os óleos essenciais de origem, destacandose por emissões mais intensas e por um espectro mais amplo de excitação. Portanto, este trabalho demonstra a viabilidade da síntese de Cdots a partir de OEs de cravodaíndia, canela e alecrim, utilizando duas diferentes abordagens, e resulta na obtenção de nanopartículas com excelente capacidade de emissão fotoluminescente e grupos funcionais que são promissores para aplicações biomédicas.

Abstract: Carbon quantum dots (Cdots) have garnered increasing interest within the scientific community due to their remarkable physicochemical properties, relatively simple synthesis methods, costeffectiveness, and functional versatility. These nanomaterials exhibit superior optical characteristics such as high photostability and emissions that vary with particle size and excitation wavelength. Given these features, Cdots are explored across a range of fields, including tumor therapy, bioimaging, antibacterial activity, photocatalysis, and the development of selfhealing materials. Among the various precursors available for the synthesis of Cdots, essential oils (EOs), which are extracted from parts of plants such as leaves, roots, stems, fruits, flowers, and resins, are noted for their exceptional antioxidant, antimicrobial, and antibacterial properties. This study details the synthesis of photoluminescent Cdots from clove (Syzygium aromaticum), cinnamon (Cinnamomum zeylanicum), and rosemary (Salvia rosmarinus) oils using hydrothermal and microwaveassisted methods, without the need for additional reagents. Transmission Electron Microscopy images revealed the formation of Cdots ranging from 2 to 20 nm in size, varying according to the synthesis method employed and the type of EO used as a precursor. Analyses conducted via Fourier Transform Infrared Spectroscopy indicated that the synthesized Cdots retained the original functional groups present in the essential oils, suggesting the preservation of antioxidant and antibacterial properties that require further validation. The optical properties of the Cdots and the precursor EOs were investigated through UVVis absorbance and photoluminescence spectroscopies, including excitationemission matrices. These studies demonstrated that the Cdots exhibit enhanced optical characteristics compared to their essential oil origins, highlighted by more intense emissions and a broader excitation spectrum. Therefore, this work demonstrates the feasibility of synthesizing Cdots from clove, cinnamon, and rosemary EOs using two different approaches, resulting in nanoparticles with excellent photoluminescent emission capabilities and functional groups that hold promise for biomedical applications.