科學(xué)家們成功地開發(fā)了一種化學(xué)工藝，該工藝可將可見光轉(zhuǎn)換成紅外光，使紅外光的無(wú)害輻射穿透活體組織和其他材料，同時(shí)也能避免受到高強(qiáng)度光照射造成的損害。
哥倫比亞大學(xué)的科學(xué)家們與哈佛大學(xué)的研究人員們合作，成功地開發(fā)了一種化學(xué)工藝，該工藝可將可見光轉(zhuǎn)換為紅外光，使紅外光的無(wú)害輻射穿透活體組織和其他材料，同時(shí)能避免受到高強(qiáng)度光照射造成的損害。
他們的研究發(fā)表在1月17日出版的“自然”雜志上。
“研究結(jié)果是令人興奮的，因?yàn)槲覀兡軌蜻M(jìn)行一系列復(fù)雜的化學(xué)轉(zhuǎn)化，這些復(fù)雜的化學(xué)變化通常需要使用無(wú)創(chuàng)紅外光源來(lái)產(chǎn)生高能量可見光，”哥倫比亞大學(xué)化學(xué)教授，該研究成果的共同作者Tomislav Rovis說(shuō)道。“可以想象許多潛在的應(yīng)用，例如一些應(yīng)用的障礙是難以控制物質(zhì)。例如，該研究有望增強(qiáng)光動(dòng)力療法的范圍和有效性，而光動(dòng)力療法在治療癌癥方面的全部潛力尚未實(shí)現(xiàn)。”
該團(tuán)隊(duì)包括哥倫比亞大學(xué)化學(xué)副教授Luis M. Campos和哈佛大學(xué)Rowland研究所的Daniel M. Congreve，他們使用少量新化合物進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，這些新化合物在光照刺激下可以介導(dǎo)分子之間的電子轉(zhuǎn)移，在沒有光照的情況下它們會(huì)反應(yīng)更慢或根本不反應(yīng)。
他們的方法，稱為三重融合上轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換涉及一系列過(guò)程，該轉(zhuǎn)換本質(zhì)上是將兩個(gè)紅外光子融合成一個(gè)可見光光子。大多數(shù)技術(shù)只捕獲可見光，這意味著太陽(yáng)光譜的其余部分會(huì)浪費(fèi)掉。三重融合上轉(zhuǎn)換可以捕捉低能紅外光并將其轉(zhuǎn)換為可見光，然后被太陽(yáng)能電池板吸收?？梢姽庖埠苋菀妆辉S多表面反射，而紅外光具有更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，可以穿透致密的材料。
“通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，我們能夠?qū)⒓t外光調(diào)整到需要的、更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，使我們能夠無(wú)創(chuàng)地穿過(guò)各種各樣的障礙物，例如紙張，塑料模具，血液和組織，”坎波斯說(shuō)。研究人員甚至通過(guò)纏繞在長(zhǎng)頸瓶上的兩條培根進(jìn)行脈沖照射。
科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直試圖解決如何在不損傷內(nèi)臟或健康組織的情況下使可見光穿透皮膚和血液的問(wèn)題。用于治療某些癌癥的光動(dòng)力療法（PDT）使用一種特殊的藥物，稱為光敏劑，由光觸發(fā)產(chǎn)生高反應(yīng)性的氧氣，能夠殺死或抑制癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。
目前的光動(dòng)力療法局限于局部或表面癌癥的治療。 “這項(xiàng)新技術(shù)可以將PDT帶入身體以前無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域，” Rovis說(shuō)道。
“與采用導(dǎo)致惡性細(xì)胞和健康細(xì)胞死亡的藥物毒害整個(gè)身體相比，本文所述的過(guò)程可以看作一種與紅外線結(jié)合的無(wú)毒藥物，其可以選擇性地靶向腫瘤部位并照射癌細(xì)胞。”
該技術(shù)可能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。紅外光療法可以有助于治療許多疾病和病癥，包括創(chuàng)傷性腦損傷，受損的神經(jīng)和脊髓，聽力喪失以及癌癥。
其他潛在的應(yīng)用包括遠(yuǎn)程管理化學(xué)品倉(cāng)庫(kù)、太陽(yáng)能發(fā)電和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、藥物開發(fā)、傳感器、食品安全方法、可模塑骨模擬復(fù)合材料和處理微電子元件。
研究人員們目前正在其他生物系統(tǒng)中測(cè)試光子上轉(zhuǎn)換技術(shù)。“這為改變光與生物體相互作用的方式開辟了前所未有的機(jī)會(huì)，” Campos說(shuō)道。“事實(shí)上，目前我們正在采用上轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行組織構(gòu)建和藥物輸送。”
（原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2019/01/190116130812.htm）（來(lái)源：光行天下，實(shí)驗(yàn)幫譯）
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