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科学家开发出能将可见光转换成红外光的化学工艺

日期: 2019-01-27
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科学家们成功地开发了一种化学工艺,该工艺可将可见光转换成红外光,使红外光的无害辐射穿透活体组织和其他材料,同时也能避免受到高强度光照射造成的损害。

哥伦比亚大学的科学家们与哈佛大学的研究人员们合作,成功地开发了一种化学工艺,该工艺可将可见光转换为红外光,使红外光的无害辐射穿透活体组织和其他材料,同时能避免受到高强度光照射造成的损害。

他们的研究发表在1月17日出版的“自然”杂志上。

“研究结果是令人兴奋的,因为我们能够进行一系列复杂的化学转化,这些复杂的化学变化通常需要使用无创红外光源来产生高能量可见光,”哥伦比亚大学化学教授,该研究成果的共同作者Tomislav Rovis说道。“可以想象许多潜在的应用,例如一些应用的障碍是难以控制物质。例如,该研究有望增强光动力疗法的范围和有效性,而光动力疗法在治疗癌症方面的全部潜力尚未实现。”

该团队包括哥伦比亚大学化学副教授Luis M. Campos和哈佛大学Rowland研究所的Daniel M. Congreve,他们使用少量新化合物进行了一系列实验,这些新化合物在光照刺激下可以介导分子之间的电子转移,在没有光照的情况下它们会反应更慢或根本不反应。

他们的方法,称为三重融合上转换,该转换涉及一系列过程,该转换本质上是将两个红外光子融合成一个可见光光子。大多数技术只捕获可见光,这意味着太阳光谱的其余部分会浪费掉。三重融合上转换可以捕捉低能红外光并将其转换为可见光,然后被太阳能电池板吸收。可见光也很容易被许多表面反射,而红外光具有更长的波长,可以穿透致密的材料。

“通过这项技术,我们能够将红外光调整到需要的、更长的波长,使我们能够无创地穿过各种各样的障碍物,例如纸张,塑料模具,血液和组织,”坎波斯说。研究人员甚至通过缠绕在长颈瓶上的两条培根进行脉冲照射。

科学家们长期以来一直试图解决如何在不损伤内脏或健康组织的情况下使可见光穿透皮肤和血液的问题。用于治疗某些癌症的光动力疗法(PDT)使用一种特殊的药物,称为光敏剂,由光触发产生高反应性的氧气,能够杀死或抑制癌细胞的生长。

目前的光动力疗法局限于局部或表面癌症的治疗。 “这项新技术可以将PDT带入身体以前无法进入的区域,” Rovis说道。

“与采用导致恶性细胞和健康细胞死亡的药物毒害整个身体相比,本文所述的过程可以看作一种与红外线结合的无毒药物,其可以选择性地靶向肿瘤部位并照射癌细胞。”

该技术可能产生深远的影响。红外光疗法可以有助于治疗许多疾病和病症,包括创伤性脑损伤,受损的神经和脊髓,听力丧失以及癌症。

其他潜在的应用包括远程管理化学品仓库、太阳能发电和数据存储、药物开发、传感器、食品安全方法、可模塑骨模拟复合材料和处理微电子元件。

研究人员们目前正在其他生物系统中测试光子上转换技术。“这为改变光与生物体相互作用的方式开辟了前所未有的机会,” Campos说道。“事实上,目前我们正在采用上转换技术进行组织构建和药物输送。”


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