Columbia University forskare, i samarbete med forskare från Harvard, har lyckats utveckla en kemisk process för att absorbera infrarött ljus och avge det som synlig energi, tillåta oskadlig strålning att tränga in i levande vävnad och andra material utan skador orsakade av högintensiv ljusexponering.

Teamets forskning publiceras i 16 januari -numret av Natur .

"Fynden är spännande eftersom vi kunde utföra en serie komplexa kemiska transformationer som vanligtvis kräver hög energi, synligt ljus med en icke -invasiv, infraröd ljuskälla, "sa Tomislav Rovis, professor i kemi vid Columbia och medförfattare till studien. "Man kan tänka sig många potentiella tillämpningar där hinder är i vägen för att kontrollera materia. Till exempel, forskningen lovar att förbättra räckvidden och effektiviteten för fotodynamisk terapi, vars fulla potential för att hantera cancer ännu inte har förverkligats. "

Laget, som inkluderar Luis M. Campos, docent i kemi vid Columbia, och Daniel M. Congreve från Rowland Institute vid Harvard, genomförde en serie experiment med små mängder av en ny förening som, när den stimuleras av ljus, kan förmedla överföringen av elektroner mellan molekyler som annars skulle reagera långsammare eller inte alls.

Deras tillvägagångssätt, känd som triplet fusion upconversion, innebär en kedja av processer som i huvudsak smälter ihop två infraröda fotoner till en enda synlig ljusfoton. De flesta tekniker fångar bara synligt ljus, vilket innebär att resten av solspektrumet går till spillo. Triplet fusion upconversion kan skörda lågenergi-infrarött ljus och omvandla det till ljus som sedan kan absorberas av optoelektroniska enheter, som solceller. Synligt ljus reflekteras också lätt av många ytor, medan infrarött ljus har längre våglängder som kan tränga igenom täta material.

"Med denna teknik, vi kunde finjustera infrarött ljus till det nödvändiga, längre våglängder som gjorde att vi noninvasivt kunde passera genom ett brett spektrum av hinder, som papper, plastformar, blod och vävnad, "Sa Campos. Forskarna pulserade till och med ljus genom två remsor bacon lindade runt en kolv.

Forskare har länge försökt lösa problemet med hur man får synligt ljus att tränga in i hud och blod utan att skada inre organ eller frisk vävnad. Fotodynamisk terapi (PDT), används för att behandla vissa cancerformer, använder ett speciellt läkemedel, kallad fotosensibiliserare, som triggas av ljus för att producera en mycket reaktiv form av syre som kan döda eller hämma tillväxten av cancerceller.

Nuvarande fotodynamisk terapi är begränsad till behandling av lokal cancer eller ytcancer. "Denna nya teknik kan föra PDT till delar av kroppen som tidigare var otillgängliga, "Rovis sa." I stället för att förgifta hela kroppen med ett läkemedel som orsakar död av maligna celler och friska celler, ett icke -toxiskt läkemedel i kombination med infrarött ljus kan selektivt rikta sig mot tumörstället och bestråla cancerceller. "

Tekniken kan få långtgående effekter. Infraröd ljusbehandling kan vara avgörande för behandling av ett antal sjukdomar och tillstånd, inklusive traumatisk hjärnskada, skadade nerver och ryggmärg, hörselnedsättning, liksom cancer.

Andra möjliga tillämpningar inkluderar fjärrhantering av kemisk lagring av solenergiproduktion och datalagring, läkemedelsutveckling, sensorer, livsmedelssäkerhetsmetoder, formbara ben-efterliknande kompositer och bearbetning av mikroelektroniska komponenter.

Forskarna testar för närvarande foton-uppkonverteringsteknik i ytterligare biologiska system. "Detta öppnar upp för oöverträffade möjligheter att förändra hur ljus interagerar med levande organismer, "Campos sa." Just nu använder vi uppkonverteringstekniker för vävnadsteknik och läkemedelsleverans. "