哥伦比亚大学的科学家与哈佛大学的研究人员合作，成功开发出一种化学过程，将可见光转换为红外能量，使无害辐射能够穿透活体组织和其他材料，而不会受到高强度光暴露的损害。他们的研究发表在1月17日的《自然》杂志上。
哥伦比亚大学的化学教授，该论文的合著者托米斯拉夫·罗维斯(Tomislav Rovis)表示：“这项发现令人兴奋，因为我们能够使用非侵入性的红外光源进行一系列复杂的化学转化，而这些化学转化通常需要高能的可见光。”研究。“人们可以想象在控制物质方面存在障碍的许多潜在应用。例如，这项研究有望增强光动力疗法的覆盖范围和有效性，而光动力疗法在控制癌症方面的全部潜力尚未实现。”
该小组的成员包括哥伦比亚大学化学副教授路易斯·坎普斯(Luis M. Campos)和哈佛大学罗兰学院的丹尼尔·M·康格雷夫(Daniel M. Congreve)，他们进行了一系列实验，使用了少量的新型化合物，这些化合物在受到光刺激后可以介导电子在分子之间的转移，否则电子将反应得更慢或根本不反应。
他们的方法称为三重态融合上转换，涉及一系列过程，这些过程实质上将两个红外光子融合为一个可见光光子。大多数技术只能捕获可见光，这意味着其余的太阳光谱会浪费掉。三重态聚变上转换可以收集低能红外光并将其转换为光，然后由太阳能电池板吸收。可见光也容易被许多表面反射，而红外光具有更长的波长，可以穿透密集的材料。
坎波斯说：“借助这项技术，我们能够将红外光微调至必要的更长波长，从而使我们能够无创地穿过各种屏障，例如纸张，塑料模具，血液和组织。” 研究人员甚至通过包裹在烧瓶中的两条培根肉条发出脉冲光。
长期以来，科学家一直试图解决如何使可见光穿透皮肤和血液而又不损害内部器官或健康组织的问题。用于治疗某些癌症的光动力疗法(PDT)使用一种称为光敏剂的特殊药物，该光敏剂可被光触发以产生高活性形式的氧气，从而能够杀死或抑制癌细胞的生长。
当前的光动力疗法仅限于局部或表面癌的治疗。罗维斯说：“这项新技术可能将PDT带入以前无法进入的身体区域。”
“没有用会导致恶性细胞和健康细胞死亡的药物中毒整个人体，而是将无毒药物与红外光结合可以选择性地靶向肿瘤部位并照射癌细胞。”
该技术可能会产生深远的影响。红外线疗法可能有助于治疗多种疾病和病症，包括颅脑外伤，神经和脊髓受损，听力下降以及癌症。
其他潜在的应用包括化学存储太阳能发电和数据存储的远程管理，药物开发，传感器，食品安全方法，可模制的仿骨复合材料和加工微电子元件。
研究人员目前正在其他生物系统中测试光子上转换技术。坎波斯说：“这为改变光与生物体相互作用的方式提供了前所未有的机会。” “事实上，现在我们正在采用上转换技术进行组织工程和药物输送。”