Synthesis, characterization and optical properties of 1–4 nm size silicon nanoparticles

Abstract

Silicon nanoparticles (SiNp), particularly nanoparticles of diameter 1–4 nm, combine high quantum yield photoluminescence, the capacity for reactive oxygen species generation, and the richness of silicon surface derivatization. Chemical surface modifications may lead to an increase in aqueous solubility, biocompatibility, targeting potential, and circulation time in biological systems. Size, synthetic procedures and surface derivatization/oxidation may strongly affect the particles efficiency for reactive oxygen species yield and the redshift luminescence. On the whole, it is possible to develop multifunctional nanoparticles with potential applications in imaging, targeting and therapy. In this mini-review, we present and discuss the surface and optical properties that make SiNp potential markers and photosensitizers for biological uses. In addition, some synthesis path and surface functionalization procedures in order to understand the basics of photoluminescence of these particles.

Las nanopartículas de silicio (SiNp), en particular aquellas de diámetro comprendido entre 1–4nm, combinan propiedades de alto rendimiento cuántico de fotoluminiscencia, la capacidad de producir especies reactivas del oxígeno, y la facilidad de derivatizar con moléculas orgánicas su superficie. La modificación química superficial permite aumentar su solubilidad en agua, el tiempo de circulación en sistemas biológicos, y por lo tanto su biocompatibilidad. Por irradiación, la eficiencia en la producción de especies reactivas del oxígeno y el corrimiento en la banda de emisión, pueden modificarse con el tamaño, los mecanismos de síntesis y la oxidación/modificación superficial de las SiNp. Es decir, que es posible diseñar nanopartículas con características especiales para su potencial aplicación en diagnóstico por imágenes, fototerapia y alcances a blancos específicos. En el presente mini-review, se presentan las propiedades superficiales y ópticas de las SiNp, como también diferentes vías de síntesis y derivatización superficial, que permiten comprender sus propiedades luminiscentes, lo que las convierte en potenciales marcadores y fotosensibilizadores para diversos usos biológicos.