Columbia Uni-Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit Forschern aus Harvard, haben bei der Entwicklung gelungen, einen chemischen Prozess zu konvertieren sichtbares Licht in Infrarot-Energie, so dass Harmlose Strahlung zu durchdringen ist lebendes Gewebe und andere Materialien, ohne die Schäden, die durch high-intensity-Licht-Exposition.
Ihre Forschung erscheint in der Januar-17-Ausgabe von Natur.
„Die Ergebnisse sind aufregend, weil wir waren in der Lage, eine Reihe von komplexen chemischen Veränderungen, erfordern in der Regel hohe Energie-sichtbares Licht unter Verwendung einer nicht-invasive, Infrarot-Lichtquelle“, sagte Tomislav Rovis, professor der Chemie an der Columbia und co-Autor der Studie. „Man kann sich vorstellen, dass viele potenzielle Anwendungen, in denen die Barrieren in der Weise zu Steuern, egal. Zum Beispiel, die Forschung hält Versprechen für die Verbesserung der Reichweite und Wirksamkeit der photodynamischen Therapie, deren volles Potenzial für die Verwaltung der Krebs hat noch nicht verwirklicht werden.“
Das team, in dem auch Luis M. Campos, associate professor of chemistry an der Columbia, und Daniel M. Congreve des Rowland-Instituts in Harvard, führte eine Reihe von Experimenten mit kleinen Mengen einer neuen Verbindung, die, wenn stimuliert, durch Licht, vermitteln die übertragung von Elektronen zwischen Molekülen, die Sie sonst reagieren langsam oder gar nicht.
Ihren Ansatz, bekannt als Triplett-fusion-upconversion, umfasst eine Kette von Prozessen, die im wesentlichen verbindet zwei Infrarot-Photonen in ein einziges sichtbares Licht, Photonen. Die meisten Technologien, die nur zu erfassen, sichtbares Licht, was bedeutet, den rest des solaren Spektrums geht zu verschwenden. Triplett-fusion-upconversion kann der Ernte niedrig-Energie-Infrarot-Licht und wandelt es in ein Licht, das dann absorbiert durch die Sonnenkollektoren. Das sichtbare Licht ist auch ganz einfach sich durch viele Oberflächen, während Infrarot-Licht hat längere Wellenlängen dringen dichten Materialien.
„Mit dieser Technologie, waren wir in der Lage, um die Feinabstimmung Infrarot-Licht, um die notwendigen, längeren Wellenlängen, die uns erlaubt zu Blutdruck-pass durch eine Vielzahl von Barrieren, wie zum Beispiel Papier, Kunststoff-Schimmel, Blut und Gewebe,“ Campos sagte. Die Forscher selbst pulsierten Lichtes durch zwei Streifen Speck umwickelt eine Flasche
Wissenschaftler haben lange versucht das problem zu lösen, wie man sichtbares Licht in Haut und Blut ohne Beschädigung der inneren Organe oder gesundes Gewebe. Die Photodynamische Therapie (PDT), zur Behandlung von einigen Krebsarten, verwendet ein spezielles Medikament, einen sogenannten Photosensibilisator, welches ausgelöst wird durch Licht zu erzeugen, eine hoch reaktive form von Sauerstoff, die in der Lage ist, zu töten oder hemmen das Wachstum von Krebszellen.
Aktuelle Photodynamische Therapie beschränkt sich auf die Behandlung von lokalisierten oder Oberfläche Krebserkrankungen. „Diese neue Technologie bringen könnte PDT in Bereichen des Körpers, die zuvor unzugänglich,“ Rovis sagte.
„Statt Vergiftung des gesamten Körpers mit einem Medikament, das bewirkt, dass der Tod der entarteten Zellen und gesunden Zellen, einem nicht-toxischen Medikaments in Kombination mit Infrarot-Licht könnte gezielt den tumor und bestrahlen die Krebszellen.“
Die Technologie könnte weitreichende Auswirkungen. Infrarot-Licht-Therapie kann hilfreich sein bei der Behandlung einer Reihe von Krankheiten und Bedingungen, einschließlich Schädel-Hirn-Verletzungen, beschädigte Nerven und Rückenmark, Hörverlust, sowie Krebs.
Andere mögliche Anwendungen sind remote-management von Chemie-Speicher-solar-Energie-Gewinnung und Speicherung, der Arzneimittel-Entwicklung, Sensorik, Lebensmittelsicherheit Methoden, formbaren Knochen-mimic composites und Verarbeitung mikroelektronischer Komponenten.
Die Forscher testen derzeit Photonen-upconversion Technologien in zusätzliche biologische Systeme. „Dies eröffnet ungeahnte Möglichkeiten, um zu ändern, wie das Licht interagiert mit den Lebewesen,“ Campos sagte. „In der Tat, jetzt sind wir beschäftigt upconversion Techniken für das tissue engineering und drug delivery.“