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Neue Technologie | Neue Materialien, die sichtbares Licht in Infrarotlicht umwandeln

2020-12-14

Wissenschaftler haben erfolgreich einen chemischen Prozess entwickelt, der sichtbares Licht in Infrarotlicht umwandelt und es der harmlosen Strahlung von Infrarotlicht ermöglicht, lebendes Gewebe und andere Materialien zu durchdringen und gleichzeitig Schäden durch hochintensives Licht zu vermeiden.


Wissenschaftler der Columbia University haben in Zusammenarbeit mit Forschern der Harvard University erfolgreich einen chemischen Prozess entwickelt, der sichtbares Licht in Infrarotlicht umwandelt und es der harmlosen Strahlung von Infrarotlicht ermöglicht, in lebendes Gewebe und andere Materialien einzudringen. Vermeiden Sie Schäden durch hochintensives Licht.


Ihre Forschung wurde in der Nature-Ausgabe vom 17. Januar veröffentlicht.


"Die Ergebnisse sind aufregend, weil wir eine Reihe komplexer chemischer Transformationen durchführen können, für die häufig nicht-invasive Infrarotquellen erforderlich sind, um energiereiches sichtbares Licht zu erzeugen", sagte Tomislav, Professor für Chemie an der Columbia University Universität und Mitautor der Forschung. Sagte Rovis. â € žViele potenzielle Anwendungen sind vorstellbar, z. B. einige Anwendungsbarrieren, die schwer zu kontrollieren sind. Beispielsweise wird erwartet, dass die Studie den Bereich und die Wirksamkeit der photodynamischen Therapie verbessert, und das volle Potenzial der photodynamischen Therapie bei der Behandlung von Krebs wurde noch nicht ausgeschöpft. “


Das Team besteht aus Luis M. Campos, Associate Professor für Chemie an der Columbia University, und Daniel M. Congreve vom Rowland Institute an der Harvard University, die eine Reihe von Experimenten mit einer kleinen Anzahl neuer Verbindungen durchgeführt haben, die den Elektronentransfer zwischen Molekülen unter vermitteln Lichtstimulation. Sie reagieren langsamer oder gar nicht ohne Licht.


Ihre Methode, die als Dreifachfusions-Aufwärtskonvertierung bezeichnet wird, umfasst eine Reihe von Prozessen, bei denen im Wesentlichen zwei Infrarotphotonen zu einem sichtbaren Photon verschmelzen. Die meisten Technologien erfassen nur sichtbares Licht, was bedeutet, dass der Rest des Sonnenspektrums verschwendet wird. Die Dreifachfusions-Aufwärtskonvertierung fängt energiearmes Infrarotlicht ein und wandelt es in sichtbares Licht um, das dann vom Solarpanel absorbiert wird. Sichtbares Licht wird auch leicht von vielen Oberflächen reflektiert, während Infrarotlicht eine längere Wellenlänge hat und dichte Materialien durchdringen kann.


"Durch diese Technologie konnten wir das Infrarotlicht auf die erforderlichen, längeren Wellenlängen einstellen und so eine Vielzahl von Hindernissen wie Papier, Plastikformen, Blut und Gewebe nicht-invasiv passieren", so Campos sagte. . Die Forscher pulsierten sogar durch zwei Speck, die um eine Flasche gewickelt waren.


Wissenschaftler haben lange versucht, das Problem zu lösen, wie sichtbares Licht in Haut und Blut eindringen kann, ohne die inneren Organe oder das gesunde Gewebe zu beschädigen. Die photodynamische Therapie (PDT), die zur Behandlung bestimmter Krebsarten eingesetzt wird, verwendet ein spezielles Medikament namens Photosensibilisator, das durch Licht ausgelöst wird, um hochreaktiven Sauerstoff zu produzieren, der das Wachstum von Krebszellen abtötet oder hemmt.


Die derzeitige photodynamische Therapie beschränkt sich auf die Behandlung von topischen oder oberflächlichen Krebserkrankungen. â € žDiese neue Technologie kann PDT in Bereiche bringen, in die der Körper bisher nicht eindringen konnteâ € œ, sagte Rovis.


Im Vergleich zur Verwendung von Arzneimitteln, die dazu führen, dass bösartige Zellen und ein gesunder Zelltod den gesamten Körper vergiften, kann der hier beschriebene Prozess als ungiftiges Arzneimittel angesehen werden, das an Infrarotlicht bindet, das selektiv auf Tumorstellen abzielen und Krebszellen beleuchten kann . â


Diese Technologie kann weitreichende Auswirkungen haben. Infrarotlichttherapie kann bei der Behandlung vieler Krankheiten und Zustände helfen, einschließlich traumatischer Hirnschäden, geschädigter Nerven und Rückenmarks, Hörverlust und Krebs.


Weitere potenzielle Anwendungen sind die Fernverwaltung von Chemielagern, Solarenergie und Datenspeicherung, Arzneimittelentwicklung, Sensoren, Lebensmittelsicherheitsmethoden, formbare knochenanaloge Verbundwerkstoffe und die Verarbeitung mikroelektronischer Komponenten.


Forscher testen derzeit Photonen-Upconversion-Techniken in anderen biologischen Systemen. â € žDas eröffnet eine beispiellose Gelegenheit, die Art und Weise zu ändern, wie Licht mit Lebewesen interagiertâ € œ, sagte Campos. â € žIn der Tat verwenden wir derzeit die Up-Conversion-Technologie zur Gewebekonstruktion und Arzneimittelabgabe.



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