La emisión de luz ultravioleta (UV) ocupa un lugar estratégico en un amplio abanico de aplicaciones tecnológicas críticas: desde la desinfección y esterilización hasta la detección forense, la fototerapia médica o los sistemas de comunicación. Tradicionalmente, estos usos se han basado en materiales emisores que contienen metales pesados como el cadmio (Cd) o el plomo (Pb), o bien en productos derivados del petróleo. Aunque eficaces desde el punto de vista funcional, estos compuestos plantean serios desafíos en términos de sostenibilidad, toxicidad y dependencia de recursos críticos o no renovables.

Una nueva investigación liderada por la Universidad de Umeå (Suecia) plantea una alternativa prometedora y sostenible: nanomateriales de carbono derivados del té verde, capaces de emitir luz UV con una eficiencia notable.

Una nueva generación de emisores UV

En la carrera por desarrollar fuentes de emisión UV eficientes y respetuosas con el medio ambiente, la comunidad científica ha explorado diversas familias de materiales: puntos cuánticos coloidales, moléculas orgánicas pequeñas, polímeros emisores e incluso estructuras híbridas. Sin embargo, gran parte de estos materiales adolecen de limitaciones importantes: uso de elementos críticos, dependencia de compuestos derivados del petróleo, procesos de síntesis complejos o baja estabilidad.

Los puntos de carbono (carbon dots, CDs) surgieron hace algo más de una década como una nueva clase de nanomateriales fotoluminiscentes que ofrecen propiedades ópticas comparables a los puntos cuánticos tradicionales, pero con ventajas añadidas: son metal-free, biocompatibles, fáciles de sintetizar y pueden fabricarse a partir de recursos renovables. No obstante, hasta ahora la mayoría de los CDs demostraban buena eficiencia de emisión en el rango visible o infrarrojo cercano (NIR), mientras que los emisores en el espectro UV seguían siendo escasos y difíciles de reproducir.

Una solución desde la naturaleza

El equipo de investigación liderado por la profesora asociada Jia Wang, del Departamento de Química de la Universidad de Umeå, ha dado un paso relevante al sintetizar por primera vez CDs emisores de UV a partir de un extracto de té verde común. Los resultados, publicados en la revista Nano Research en abril de 2025, muestran que este biomaterial, tratado mediante un proceso hidrotérmico sencillo, genera nanodiscos de carbono capaces de emitir luz con un pico de fotoluminiscencia centrado en 384 nm, es decir, dentro del espectro UV-A.

Según Wang, el proceso de síntesis se caracteriza por su bajo coste, simplicidad operativa y escalabilidad, tres factores cruciales si se quiere trasladar esta tecnología del laboratorio a aplicaciones reales. “Los CDs que obtenemos tienen un rendimiento cuántico de emisión (PLQY) del 17% en agua, lo cual ya es destacable. Pero lo más interesante es que, al disolverlos en disolventes hidrofóbicos, su emisión se intensifica casi cinco veces y además se desplaza hacia longitudes de onda más cortas”, explicó la investigadora.

Menos dispersión, más eficiencia

Los CDs obtenidos en esta investigación son estructuras cuasi cero-dimensionales con un diámetro promedio de 3,5 nanómetros. Pero lo que resulta clave para entender el aumento de su eficiencia luminosa es un fenómeno conocido como emisión inducida por agregación (AIE).

En disolventes “pobres” —es decir, con baja afinidad por el material— los CDs tienden a agregarse formando estructuras de mayor tamaño (10–30 nm). Esta agregación genera una red molecular más rígida y compacta, lo que inhibe los procesos de recombinación no radiativa que normalmente reducen la eficiencia de la emisión. Así, en lugar de perder energía térmicamente, el sistema la canaliza de forma más eficiente hacia la emisión fotónica.

En el caso concreto del disolvente 3-fenoxianisol, altamente hidrofóbico, el equipo logró un PLQY de hasta el 81 %, uno de los valores más altos registrados para CDs emisores en el rango UV.

El equipo también exploró la síntesis de CD de polvo de bolsitas de té verde en lugar de extracto de té verde. Sin embargo, los CD resultantes solo emitieron luz azul, no UV. “Incluso los sencillos pasos de pretratamiento como la extracción o el aislamiento pueden influir decisivamente en la estructura y las propiedades de los CD finales. El diseño racional de estos pretratamientos es una acción importante para avanzar en los materiales funcionales derivados de la biomasa”, detalla Wang. 

Potencial biomédico

Además de su emisión ultravioleta, los CDs sintetizados en esta investigación presentan propiedades bioactivas que abren nuevas líneas de aplicación. Estudios preliminares realizados por el equipo en colaboración con investigadores de biomedicina han demostrado que estos nanomateriales inhiben eficazmente la proliferación de células SH-SY5Y, un tipo de neuroblastoma humano.

Este efecto se atribuye a sus posibles propiedades antioxidantes, que podrían ser aprovechadas en tratamientos donde se requiere marcar estructuras celulares con precisión mediante luz UV. Aunque estos datos aún están en fase exploratoria, apuntan hacia una versatilidad que va mucho más allá del uso puramente óptico.

Puede acceder al paper completo de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.sciopen.com/article/10.26599/NR.2025.94907321