Científicos de la Universidad de Columbia, en colaboración con investigadores de Harvard, han logrado desarrollar un proceso químico para absorber la luz infrarroja y reemitirla como energía visible, permitiendo que la radiación inocua penetre en los tejidos vivos y otros materiales sin el daño causado por la exposición a la luz de alta intensidad.

La investigación del equipo se publica en la edición del 16 de enero de Naturaleza .

"Los hallazgos son emocionantes porque pudimos realizar una serie de transformaciones químicas complejas que generalmente requieren alta energía, luz visible usando un no invasivo, fuente de luz infrarroja, "dijo Tomislav Rovis, profesor de química en Columbia y coautor del estudio. "Uno puede imaginar muchas aplicaciones potenciales donde las barreras están en el camino para controlar la materia. Por ejemplo, la investigación es prometedora para mejorar el alcance y la eficacia de la terapia fotodinámica, cuyo potencial completo para controlar el cáncer aún no se ha realizado ".

El equipo, que incluye a Luis M. Campos, profesor asociado de química en Columbia, y Daniel M. Congreve del Rowland Institute en Harvard, llevó a cabo una serie de experimentos utilizando pequeñas cantidades de un nuevo compuesto que, cuando es estimulado por la luz, puede mediar la transferencia de electrones entre moléculas que de otra manera reaccionarían más lentamente o no reaccionarían en absoluto.

Su enfoque conocido como conversión ascendente de fusión triplete, implica una cadena de procesos que esencialmente fusiona dos fotones infrarrojos en un solo fotón de luz visible. La mayoría de las tecnologías solo capturan luz visible, lo que significa que el resto del espectro solar se desperdicia. La conversión ascendente de fusión triplete puede recolectar luz infrarroja de baja energía y convertirla en luz que luego puede ser absorbida por dispositivos optoelectrónicos. como las células solares. La luz visible también se refleja fácilmente en muchas superficies, mientras que la luz infrarroja tiene longitudes de onda más largas que pueden penetrar materiales densos.

"Con esta tecnología, pudimos ajustar la luz infrarroja a lo necesario, longitudes de onda más largas que nos permitieron atravesar de forma no invasiva una amplia gama de barreras, como el papel, moldes de plastico, sangre y tejido, ", Dijo Campos. Los investigadores incluso pulsaron luz a través de dos tiras de tocino envueltas alrededor de un frasco.

Los científicos han intentado durante mucho tiempo resolver el problema de cómo hacer que la luz visible penetre en la piel y la sangre sin dañar los órganos internos o los tejidos sanos. Terapia fotodinámica (TFD), utilizado para tratar algunos cánceres, emplea una droga especial, llamado fotosensibilizador, que se activa con la luz para producir una forma de oxígeno altamente reactiva capaz de matar o inhibir el crecimiento de las células cancerosas.

La terapia fotodinámica actual se limita al tratamiento de cánceres localizados o superficiales. "Esta nueva tecnología podría llevar la TFD a áreas del cuerpo que antes eran inaccesibles, ", Dijo Rovis." En lugar de envenenar todo el cuerpo con una droga que causa la muerte de células malignas y células sanas, un fármaco no tóxico combinado con luz infrarroja podría apuntar selectivamente al sitio del tumor e irradiar las células cancerosas ".

La tecnología podría tener un impacto de gran alcance. La terapia con luz infrarroja puede ser fundamental en el tratamiento de una serie de enfermedades y afecciones, incluyendo lesión cerebral traumática, nervios y médula espinal dañados, pérdida de la audición, así como el cáncer.

Otras aplicaciones potenciales incluyen la gestión remota del almacenamiento de productos químicos, la producción de energía solar y el almacenamiento de datos, desarrollo de fármacos, sensores, métodos de seguridad alimentaria, compuestos moldeables imitadores de huesos y procesamiento de componentes microelectrónicos.

Los investigadores están probando actualmente tecnologías de conversión de fotones en sistemas biológicos adicionales. "Esto abre oportunidades sin precedentes para cambiar la forma en que la luz interactúa con los organismos vivos, ", Dijo Campos." En este momento estamos empleando técnicas de conversión ascendente para la ingeniería de tejidos y la administración de fármacos ".