Wetenschappers van de Columbia University, in samenwerking met onderzoekers van Harvard, zijn erin geslaagd een chemisch proces te ontwikkelen om infrarood licht te absorberen en weer uit te zenden als zichtbare energie, waardoor onschadelijke straling levend weefsel en andere materialen kan binnendringen zonder de schade veroorzaakt door blootstelling aan hoge intensiteit aan licht.

Het onderzoek van het team is gepubliceerd in het nummer van 16 januari van: Natuur .

"De bevindingen zijn opwindend omdat we in staat waren om een ​​reeks complexe chemische transformaties uit te voeren die meestal hoge energie vereisen, zichtbaar licht met behulp van een niet-invasieve, infrarood lichtbron, " zei Tomislav Rovis, hoogleraar scheikunde aan Columbia en co-auteur van de studie. "Je kunt je veel potentiële toepassingen voorstellen waar barrières de beheersing van materie in de weg staan. het onderzoek is veelbelovend voor het vergroten van het bereik en de effectiviteit van fotodynamische therapie, wiens volledige potentieel voor het beheersen van kanker nog moet worden gerealiseerd."

Het team, waaronder Luis M. Campos, universitair hoofddocent scheikunde aan Columbia, en Daniel M. Congreve van het Rowland Institute in Harvard, een reeks experimenten uitgevoerd met kleine hoeveelheden van een nieuwe verbinding die, wanneer gestimuleerd door licht, kan de overdracht van elektronen tussen moleculen bemiddelen die anders langzamer of helemaal niet zouden reageren.

Hun aanpak, bekend als triplet-fusie-upconversie, omvat een keten van processen die in wezen twee infraroodfotonen samensmelt tot een enkel zichtbaar lichtfoton. De meeste technologieën vangen alleen zichtbaar licht op, wat betekent dat de rest van het zonnespectrum verloren gaat. Triplet-fusie-upconversie kan infraroodlicht met lage energie oogsten en omzetten in licht dat vervolgens kan worden geabsorbeerd door opto-elektronische apparaten, zoals zonnecellen. Zichtbaar licht wordt ook gemakkelijk gereflecteerd door veel oppervlakken, terwijl infrarood licht langere golflengten heeft die dichte materialen kunnen doordringen.

"Met deze technologie hebben we infrarood licht kunnen afstemmen op het nodige, langere golflengten waardoor we niet-invasief door een breed scala aan barrières konden gaan, zoals papier, plastic vormen, bloed en weefsel, ' zei Campos. De onderzoekers pulseerden zelfs licht door twee reepjes spek die om een ​​kolf waren gewikkeld.

Wetenschappers hebben lang geprobeerd het probleem op te lossen hoe zichtbaar licht door huid en bloed kan dringen zonder inwendige organen of gezond weefsel te beschadigen. Fotodynamische therapie (PDT), gebruikt om sommige vormen van kanker te behandelen, maakt gebruik van een speciaal medicijn, een fotosensibilisator genoemd, dat wordt geactiveerd door licht om een ​​zeer reactieve vorm van zuurstof te produceren die in staat is om kankercellen te doden of de groei ervan te remmen.

De huidige fotodynamische therapie is beperkt tot de behandeling van gelokaliseerde of oppervlakkige kankers. "Deze nieuwe technologie zou PDT in delen van het lichaam kunnen brengen die voorheen ontoegankelijk waren, Rovis zei. "In plaats van het hele lichaam te vergiftigen met een medicijn dat de dood van kwaadaardige cellen en gezonde cellen veroorzaakt, een niet-toxisch medicijn in combinatie met infraroodlicht zou selectief de tumorplaats kunnen targeten en kankercellen kunnen bestralen."

De technologie kan verstrekkende gevolgen hebben. Infraroodlichttherapie kan een hulpmiddel zijn bij de behandeling van een aantal ziekten en aandoeningen, inclusief traumatisch hersenletsel, beschadigde zenuwen en ruggenmerg, gehoorverlies, evenals kanker.

Andere mogelijke toepassingen zijn onder meer beheer op afstand van de productie van zonne-energie voor chemische opslag en gegevensopslag, Drug ontwikkeling, sensoren, voedselveiligheidsmethoden, vormbare bot-nabootsende composieten en verwerking van micro-elektronische componenten.

De onderzoekers testen momenteel foton-upconversietechnologieën in aanvullende biologische systemen. "Dit biedt ongekende mogelijkheden om de manier waarop licht interageert met levende organismen te veranderen, " zei Campos. "Op dit moment gebruiken we upconversion-technieken voor tissue engineering en medicijnafgifte."