Scienziati della Columbia University, in collaborazione con ricercatori di Harvard, sono riusciti a sviluppare un processo chimico per assorbire la luce infrarossa e riemetterla come energia visibile, consentendo alle radiazioni innocue di penetrare nei tessuti viventi e in altri materiali senza i danni causati dall'esposizione alla luce ad alta intensità.

La ricerca del team è pubblicata nel numero del 16 gennaio di Natura .

"I risultati sono entusiasmanti perché siamo stati in grado di eseguire una serie di complesse trasformazioni chimiche che di solito richiedono alta energia, luce visibile utilizzando un non invasivo, fonte di luce infrarossa, " ha detto Tomislav Rovis, professore di chimica alla Columbia e coautore dello studio. "Si possono immaginare molte potenziali applicazioni in cui le barriere ostacolano il controllo della materia. Ad esempio, la ricerca promette di migliorare la portata e l'efficacia della terapia fotodinamica, il cui pieno potenziale per la gestione del cancro deve ancora essere realizzato".

Il gruppo, che include Luis M. Campos, professore associato di chimica alla Columbia, e Daniel M. Congreve del Rowland Institute di Harvard, effettuato una serie di esperimenti utilizzando piccole quantità di un nuovo composto che, quando stimolato dalla luce, può mediare il trasferimento di elettroni tra molecole che altrimenti reagirebbero più lentamente o non reagirebbero affatto.

Il loro approccio, nota come conversione di fusione tripla, coinvolge una catena di processi che essenzialmente fonde due fotoni infrarossi in un singolo fotone di luce visibile. La maggior parte delle tecnologie cattura solo la luce visibile, il che significa che il resto dello spettro solare va sprecato. L'upconversion della fusione tripletta può raccogliere luce infrarossa a bassa energia e convertirla in luce che può quindi essere assorbita da dispositivi optoelettronici, come le celle solari. La luce visibile viene anche facilmente riflessa da molte superfici, mentre la luce infrarossa ha lunghezze d'onda più lunghe che possono penetrare materiali densi.

"Con questa tecnologia, siamo stati in grado di mettere a punto la luce infrarossa al necessario, lunghezze d'onda più lunghe che ci hanno permesso di attraversare in modo non invasivo un'ampia gamma di barriere, come la carta, stampi in plastica, sangue e tessuti, " Ha detto Campos. I ricercatori hanno persino pulsato la luce attraverso due strisce di pancetta avvolte attorno a una fiaschetta.

Gli scienziati hanno a lungo cercato di risolvere il problema di come far penetrare la luce visibile nella pelle e nel sangue senza danneggiare gli organi interni oi tessuti sani. Terapia fotodinamica (PDT), usato per trattare alcuni tipi di cancro, utilizza un farmaco speciale, chiamato fotosensibilizzatore, che viene attivato dalla luce per produrre una forma di ossigeno altamente reattiva in grado di uccidere o inibire la crescita delle cellule tumorali.

L'attuale terapia fotodinamica è limitata al trattamento di tumori localizzati o di superficie. "Questa nuova tecnologia potrebbe portare la PDT in aree del corpo che prima erano inaccessibili, " ha detto Rovis. "Piuttosto che avvelenare l'intero corpo con un farmaco che provoca la morte delle cellule maligne e delle cellule sane, un farmaco non tossico combinato con la luce infrarossa potrebbe mirare selettivamente al sito del tumore e irradiare le cellule tumorali".

La tecnologia potrebbe avere un impatto di vasta portata. La terapia della luce infrarossa può essere strumentale nel trattamento di una serie di malattie e condizioni, compreso il trauma cranico, nervi e midollo spinale danneggiati, perdita dell'udito, così come il cancro.

Altre potenziali applicazioni includono la gestione remota della produzione di energia solare con accumulo di sostanze chimiche e l'archiviazione dei dati, sviluppo di farmaci, sensori, metodi di sicurezza alimentare, compositi modellabili che imitano l'osso e componenti microelettronici per la lavorazione.

I ricercatori stanno attualmente testando tecnologie di conversione dei fotoni in ulteriori sistemi biologici. "Questo apre opportunità senza precedenti per cambiare il modo in cui la luce interagisce con gli organismi viventi, " ha detto Campos. "In questo momento stiamo impiegando tecniche di upconversion per l'ingegneria dei tessuti e la somministrazione di farmaci".