Kömürden yola çıkılan grafen kuantum noktaları travmatik beyin hasarı, felç veya kalp krizi geçiren insanlar için etkili bir antioksidan temeli olabilir. Bu tür yaralanmalardan sonra oksidatif stresi azaltma kabiliyetleri bulunduğundan, Rice Üniversitesi, Texas A&M Sağlık Bilimleri Merkezi ve Houston’daki Texas Sağlık Bilimleri Merkezi’ndeki McGovern Tıp Okulu (UTHealth) tarafından araştırma konusu olarak seçilmiştir. Kuantum noktaları, yalnızca nano ölçekte görünen kuantum mekaniksel özelliklerini gösterecek kadar küçük yarı iletken malzemelerdir.
Kimyager James Tour, A&M nöroloğu Thomas Kent ve UTHealth biyokimyacısı Ah-Lim Tsai ve ekipleri, ortak bir polimerle modifiye edildiklerinde biyolojik olarak uyum gösteren noktaların, oksidatif stresi koruyan birçok doğal enzimden biri olan,vücudun kendi süperoksit dismutazını etkili bir şekilde taklit ettiklerini buldular. Ancak, doğal antioksidanların, bir hasarı iyileştirebilmesi için yarışan reaktif oksijen türlerinin (ROS) hızlı üretimi ile boğulmuş olabileceğinden, ekip, reaktif nanomalzemelerin hızlı bir şekilde enjekte edilmesinin bu serbest radikallerin zarar verebileceği ve sağlık hücrelerin oluşumundaki yanal hasarı sınırlayıp sınırlayamayacağını görmek için yıllardır çalışmaktadır.
Üçlü tarafından yapılan daha önceki bir çalışmada, çözünürlüğünü ve biyolojik stabilitesini arttırmak için polietilen glikol (PEG) ile modifiye edilmiş hidrofilik kümelerin, oksidatif stresin azaltılmasında etkili olduğunu, bununtek bir nanopartikülün binlerce ROS (reaktif oksijen türlerinin) molekülünü nötrleştirme yeteneğine sahip olmasıyla gerçekleştiğini göstermişlerdir.
Hücre çizgileri üzerinde yapılan testler, ortak kömürden alınan PEG ve grafen kuantum noktalarının bir karışımının, önceki malzemeler kadar süperoksit ve hidrojen peroksitlerden gelen zararın durdurulmasında etkili olduğunu gösterdi, ancak noktaların kendisi, şerit benzeri kümelerden daha belirgindir.
Tur laboratuarı ilk olarak 2013 yılında kömürden kuantum noktaları elde ettiler ve tıbbi görüntüleme, algılama, elektronik ve fotovoltaik uygulamalar için potansiyellerini rapor haline getirdiler. Daha sonraki bir çalışma da ise, belirli yarı iletken özellikler için nasıl tasarlanabildiklerini gösterdiler.
Yeni çalışmada, araştırmacılar kuantum noktalarının elektrokimyasal, kimyasal ve biyolojik aktivitesini değerlendirdi. Rice laboratuarı, ucuz bitümlü ve antrasit kömüründen kuantum noktalarını kimyasal olarak elde ettiler, bunları polimerle modifiye ederek kemirgenlerin canlı hücreleri üzerindeki test ettiler.
Sonuçlar, çeşitli konsantrasyonlardaki kuantum dozlarının, araştırmacıların deneklerin yemeklerine hidrojen peroksit ekledikten sonra 15 dakika geçtiğinde bile hücrelerin oksidasyondan korunmasında oldukça etkili olduğunu göstermiştir.
Diske benzeyen, 3-5 nanometre bitümlü kuantum noktaları, 10-20 nanometre antrasit noktalarından daha küçüktür. Araştırmacılar, koruma seviyesinin her iki parçacık tipi için doza bağımlı olduğunu, ancak daha büyük antrasit kaynaklı noktaların daha düşük konsantrasyonlarda daha fazla hücreyi koruduğunu buldular.
