Ученые открывают новый процесс преобразования видимого света в инфракрасный
Ученые Колумбийского университета в сотрудничестве с исследователями из Гарварда преуспели в разработке химического процесса преобразования инфракрасной энергии в видимый свет, позволяющего безвредному излучению проникать в живые ткани и другие материалы без ущерба, вызванного воздействием высокой интенсивности света.
Их исследование опубликовано в номере журнала Nature от 17 января .
«Полученные результаты впечатляют, потому что мы смогли выполнить серию сложных химических преобразований, для которых обычно требуется высокоэнергетический видимый свет с использованием неинвазивного инфракрасного источника света», — сказал Томислав Ровис, профессор химии в Колумбии и соавтор изучение. «Можно представить множество потенциальных применений, где существуют препятствия на пути к контролю материи. Например, исследование обещает повысить охват и эффективность фотодинамической терапии , чей полный потенциал для лечения рака еще не реализован».
Команда, в состав которой входят Луис М. Кампос, доцент химии в Колумбии, и Дэниел М. Конгрив из Института Роуленда в Гарварде, провели серию экспериментов с использованием небольших количеств нового соединения, которое при воздействии света может опосредуют перенос электронов между молекулами, которые в противном случае реагировали бы медленнее или вообще не реагировали.
Их подход, известный как преобразование с повышением частоты при тройном слиянии, включает в себя цепочку процессов, которые по существу объединяют два инфракрасных фотона в один фотон видимого света. Большинство технологий захватывают только видимый свет, а это означает, что остальная часть солнечного спектра теряется.
Преобразование с помощью тройного синтеза может собирать низкоэнергетический инфракрасный свет и преобразовывать его в свет, который затем поглощается солнечными батареями. Видимый свет также легко отражается многими поверхностями, тогда как инфракрасный свет имеет более длинные волны, которые могут проникать в плотные материалы.
«Благодаря этой технологии мы смогли точно настроить инфракрасный свет на необходимые более длинные волны, что позволило нам неинвазивно проходить через широкий спектр барьеров, таких как бумага, пластиковые формы, кровь и ткани», — сказал Кампос. Исследователи даже пульсировали свет через две полоски бекона, обернутые вокруг колбы
Ученые долго пытались решить проблему попадания видимого света в кожу и кровь без повреждения внутренних органов или здоровых тканей. Фотодинамическая терапия (ФДТ), используемая для лечения некоторых видов рака, использует специальный препарат, называемый фотосенсибилизатором, который запускается светом для производства высокоактивной формы кислорода, способной убивать или ингибировать рост раковых клеток.
Современная фотодинамическая терапия ограничена лечением локализованного или поверхностного рака. «Эта новая технология может перенести ФДТ в те области тела, которые ранее были недоступны», — сказал Ровис.
«Вместо того, чтобы отравлять весь организм лекарством, вызывающим гибель злокачественных и здоровых клеток, нетоксичное лекарство в сочетании с инфракрасным излучением может избирательно воздействовать на опухолевый участок и облучать раковые клетки».
Технология может иметь далеко идущие последствия. Терапия инфракрасным светом может быть полезна для лечения ряда заболеваний и состояний, включая черепно-мозговую травму , поврежденные нервы и спинной мозг , потерю слуха, а также рак.
Другие потенциальные приложения включают дистанционное управление производством солнечной энергии и хранением данных, хранением химических веществ, разработкой лекарств, датчиками, методами безопасности пищевых продуктов, формуемыми композитами, имитирующими кости, и обрабатывающими микроэлектронными компонентами.
В настоящее время исследователи испытывают технологии конверсии фотонов в дополнительных биологических системах. «Это открывает беспрецедентные возможности изменить то, как свет взаимодействует с живыми организмами», — сказал Кампос. «На самом деле, сейчас мы используем методы преобразования с повышением частоты для тканевой инженерии и доставки лекарств».
