Novos materiais convertidos visíveis em luz infravermelha

Descoberta abre novas rotas para terapia fotodinâmica e desenvolvimento de drogas.

Bilhões de lâmpadas moleculares, alimentadas por fótons infravermelhos invisíveis, geram luz visível. Crédito: Melissa Ann Ashley

Cientistas da Columbia University, em colaboração com pesquisadores de Harvard, conseguiram desenvolver um processo químico para converter a luz visível em energia infravermelha, permitindo que a radiação inócua penetrasse tecidos vivos e outros materiais sem os danos causados ​​pela exposição à luz de alta intensidade.
"As descobertas são empolgantes porque conseguimos realizar uma série de transformações químicas complexas que geralmente exigem luz visível de alta energia usando uma fonte de luz infravermelha não invasiva", disse Tomislav Rovis, professor de química na Columbia e co-autor do estudo. estude. "Pode-se imaginar muitas aplicações potenciais onde as barreiras estão no caminho do controle de matéria. Por exemplo, a pesquisa é promissora para melhorar o alcance e a eficácia da terapia fotodinâmica, cujo potencial completo para o manejo do câncer ainda não foi realizado."

A equipe, que inclui Luis M. Campos, professor associado de química na Columbia, e Daniel M. Congreve, do Instituto Rowland, em Harvard, realizaram uma série de experimentos usando pequenas quantidades de um novo composto que, quando estimulado pela luz, pode mediar a transferência de elétrons entre moléculas que de outra forma reagiriam mais lentamente ou não reagiriam de forma alguma.

Sua abordagem, conhecida como upconversion triplet fusion, envolve uma cadeia de processos que essencialmente funde dois fótons infravermelhos em um único fóton de luz visível. A maioria das tecnologias captura apenas a luz visível, o que significa que o restante do espectro solar é desperdiçado. Conversão ascendente de fusão tripla pode captar luz infravermelha de baixa energia e convertê-la em luz que é então absorvida pelos painéis solares. A luz visível também é facilmente refletida por muitas superfícies, enquanto a luz infravermelha tem comprimentos de onda maiores que podem penetrar em materiais densos.
"Com essa tecnologia, conseguimos sintonizar a luz infravermelha nos comprimentos de onda necessários e mais longos que nos permitiram atravessar, de maneira não invasiva, uma ampla gama de barreiras, como papel, moldes de plástico, sangue e tecidos", disse Campos. Os pesquisadores até pulsaram luz através de duas tiras de bacon enroladas em torno de um frasco.

Os cientistas há muito tentaram resolver o problema de como obter luz visível para penetrar na pele e no sangue sem danificar órgãos internos ou tecidos saudáveis. A terapia fotodinâmica (TFD), usada no tratamento de alguns tipos de câncer, emprega um medicamento especial, chamado fotossensibilizador, que é acionado pela luz para produzir uma forma altamente reativa de oxigênio capaz de matar ou inibir o crescimento de células cancerígenas.

A terapia fotodinâmica atual é limitada ao tratamento de cânceres localizados ou de superfície. "Essa nova tecnologia poderia levar o PDT a áreas do corpo que antes eram inacessíveis", disse Rovis.

"Em vez de envenenar o corpo inteiro com uma droga que causa a morte de células malignas e células saudáveis, uma droga não tóxica combinada com a luz infravermelha poderia direcionar seletivamente o local do tumor e irradiar as células cancerígenas."

A tecnologia pode ter um impacto de longo alcance. A terapia por luz infravermelha pode ser fundamental no tratamento de várias doenças e condições, incluindo lesões cerebrais traumáticas, nervos danificados e medula espinhal, perda auditiva, bem como câncer.

Outras aplicações potenciais incluem o gerenciamento remoto de produção de energia solar de armazenamento de produtos químicos e armazenamento de dados, desenvolvimento de medicamentos, sensores, métodos de segurança alimentar, compósitos ósseos moldáveis ​​e componentes microeletrônicos de processamento.

Os pesquisadores estão atualmente testando tecnologias de conversão de fótons em sistemas biológicos adicionais. "Isso abre oportunidades sem precedentes para mudar a maneira como a luz interage com organismos vivos", disse Campos. "Na verdade, neste momento estamos empregando técnicas de upconversion para engenharia de tecidos e entrega de medicamentos."

Fonte: Universidade Columbia

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