美國哥倫比亞大學(xué)（Columbia University）科學(xué)家與哈佛大學(xué)（Harvard）研究人員共同合作，成功開發(fā)出一種將紅外光轉(zhuǎn)化為可見光的新技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)無害輻射穿透活體組織及其它材料，而不會因高強(qiáng)度光照射而造成損害。該研究于2019年1月16日發(fā)表在《自然》雜志上。

哥倫比亞大學(xué)化學(xué)教授、該論文的合著者Tomislav Rovis認(rèn)為：“這些發(fā)現(xiàn)令人興奮，因?yàn)槲覀兝梅乔秩胄约t外光源實(shí)現(xiàn)了一系列通常需要使用高能可見光的復(fù)雜化學(xué)轉(zhuǎn)化。該技術(shù)存在許多潛在應(yīng)用，屏障是阻礙問題解決的主要因素。例如，這項(xiàng)研究有望提高光動(dòng)力療法（PDT）的覆蓋面和有效性，而目前光動(dòng)力療法在治療癌癥方面的潛力尚未被全部挖掘。”該研究團(tuán)隊(duì)成員主要包括哥倫比亞大學(xué)化學(xué)副教授Luis M. Campos和哈佛大學(xué)羅蘭研究所（Rowland Institute）的Daniel M. Congreve，他們利用少量新型化合物完成了一系列實(shí)驗(yàn)：當(dāng)受到光刺激時(shí)，這種新型化合物可以調(diào)節(jié)分子間的電子轉(zhuǎn)移，否則這種電子轉(zhuǎn)移會更慢或根本不會發(fā)生。

該研究的化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)被稱為三重態(tài)融合上轉(zhuǎn)換（triplet fusion upconversion），實(shí)驗(yàn)所涉及的一系列過程本質(zhì)上是將兩個(gè)紅外光子融合成單個(gè)可見光光子。由于目前多數(shù)技術(shù)只能捕捉可見光，這就意味著可見光以外的太陽光譜將被浪費(fèi)。三重態(tài)融合上轉(zhuǎn)換技術(shù)則可以收集低能量的紅外光，并將其轉(zhuǎn)化為可見光，該技術(shù)是通過調(diào)整上轉(zhuǎn)換元件來調(diào)節(jié)輸出光，通過光敏劑和消除器的成對操作，實(shí)現(xiàn)從低能紅外光中獲取橙色光和藍(lán)色光。這樣就可以被太陽能電池板吸收利用。

相比于容易被多種表面反射的可見光，紅外光的波長較長，可以穿透致密的物質(zhì)。Campos解釋道：“有了這項(xiàng)技術(shù)，我們能夠?qū)⒓t外光微調(diào)至所需的較長波長，從而使我們能夠無創(chuàng)地穿過各種各樣的如紙張、塑料模具、血液及組織等屏障。”研究人員甚至可以用脈沖光穿過包在燒瓶上的兩片培根。長期以來，科學(xué)家一直試圖解決“讓可見光穿透皮膚和血液而不損害內(nèi)部器官或健康組織”的問題。用于治療某些癌癥的光動(dòng)力療法使用一種名為光敏劑的特殊藥物，這種藥物可由光觸發(fā)并產(chǎn)生高反應(yīng)活性的單態(tài)氧，這種單態(tài)氧能夠和相鄰生物大分子發(fā)生氧化反應(yīng)，從而殺死或抑制癌細(xì)胞的生長。目前的光動(dòng)力療法僅限于局部或表面癌癥的治療。Rovis說：“我們這項(xiàng)新技術(shù)可以使光動(dòng)力療法進(jìn)入人體中以往無法到達(dá)的區(qū)域。

并且利用一種結(jié)合紅外光的無毒藥物（該無毒藥物可選擇性地靶向腫瘤部位、照射癌細(xì)胞）來代替毒害整個(gè)身體的藥物，因?yàn)楝F(xiàn)用的有毒藥物不僅會殺死惡性細(xì)胞，也會殺死健康的細(xì)胞。”這項(xiàng)技術(shù)將有望產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。紅外光療法將有助于包括外傷性腦損傷、神經(jīng)和脊髓受損、聽力損失及癌癥等在內(nèi)的許多疾病的治療。其它潛在應(yīng)用領(lǐng)域還包括：化學(xué)貯藏的遠(yuǎn)程管理、太陽能發(fā)電和數(shù)據(jù)存儲、藥物研發(fā)、傳感器、食品安全方法、骨仿生復(fù)合材料的制備和微電子元件的加工。目前該團(tuán)隊(duì)的研究人員正嘗試在其它生物系統(tǒng)中測試光子上轉(zhuǎn)換技術(shù)。Campos說：“這將為‘改變光與生物體相互作用的方式’提供前所未有的發(fā)展機(jī)遇。事實(shí)上，目前我們正在利用上轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)組織工程和藥物輸送。”