Se i materiali meccanoluminescenti sono sottoposti a sollecitazioni meccaniche esterne, emettono luce visibile o invisibile. Tale eccitazione può verificarsi a causa della flessione o di una leggera pressione, ad esempio, ma anche completamente senza contatto attraverso gli ultrasuoni. In questo modo, l'effetto può essere attivato a distanza e la luce può essere portata in luoghi che normalmente tendono ad essere al buio, ad esempio nel corpo umano. Se il trattamento ad ultrasuoni deve essere utilizzato contemporaneamente per generare calore locale, è importante in un ambiente così sensibile osservare da vicino le temperature che si verificano. Gli scienziati dei materiali dell'Università Friedrich Schiller di Jena, in Germania, hanno ora sviluppato un materiale meccanoluminescente che non solo può essere utilizzato per generare un apporto di calore locale mediante ultrasuoni, ma fornisce anche un feedback sulla temperatura locale allo stesso tempo. Riferiscono oggi sui risultati della loro ricerca sulla rivista Advanced Science .

Semiconduttori e terre rare

Nel loro lavoro, gli scienziati di Jena si occupano spesso delle proprietà meccaniche dei materiali inorganici, in particolare di come si possono osservare otticamente i processi meccanici.

"L'emissione di luce indotta meccanicamente può fornirci molti dettagli sulla risposta di un materiale allo stress meccanico", spiega il prof. Lothar Wondraczek dell'Università di Jena. "Ma per ampliare il campo di applicazione, a volte è anche necessario ottenere ulteriori informazioni sulla temperatura locale, soprattutto quando l'eccitazione viene effettuata tramite ultrasuoni. Qui inizialmente eravamo interessati ai materiali dei sensori sotto forma di particelle ultrafini, che, introdotte nell'ambiente da studiare, possono fornire informazioni di feedback su come gli ultrasuoni interagiscono con questo ambiente".

A tale scopo, i ricercatori di Jena hanno combinato un semiconduttore ossisolfuro con l'ossido di erbio di terre rare. La struttura semiconduttrice assorbe l'energia meccanica fornita dall'eccitazione degli ultrasuoni, con l'ossido di erbio che fornisce l'emissione di luce. La temperatura può quindi essere letta dallo spettro della luce emessa mediante termometria ottica.

"Ciò significa che possiamo stimolare un aumento della temperatura dall'esterno, misurarlo dalle caratteristiche dell'emissione di luce e stabilire così un circuito di controllo completo", spiega Wondraczek.

Applicazione nella terapia fotodinamica

L'emissione di luce telecomandata, unita al controllo della temperatura, potrebbe aprire campi di applicazione completamente nuovi per tali materiali meccanoluminescenti, ad esempio in medicina. "Un possibile campo di applicazione potrebbe essere la terapia fotodinamica, in cui la luce viene utilizzata per controllare i processi fotofisici che possono supportare l'organismo nella guarigione", afferma lo scienziato dei materiali Wondraczek.

Con i materiali meccanoluminescenti multi-reattivi sotto forma di particelle molto fini, non solo è possibile generare luce e calore nella posizione desiderata, ma possono anche essere controllati in modo mirato. Poiché il tessuto biologico è trasparente alla luce infrarossa emessa, è possibile impostare e controllare una temperatura desiderata dall'esterno durante il trattamento. "Tuttavia, tali idee sono ancora agli albori. Sono ancora necessarie ricerche e studi molto approfonditi per metterle in pratica."

Più accessibili sono altre applicazioni in cui la luce e il calore devono essere portati in luoghi bui in modo mirato. Ad esempio, la fotosintesi o altre reazioni guidate dalla luce potrebbero essere attivate, osservate e controllate in modo specifico. Allo stesso modo, tornando all'inizio, il materiale può essere utilizzato come sensore per generare o osservare i cambiamenti del materiale, o anche come marcatura invisibile e codificata sulle superfici del materiale. + Esplora ulteriormente

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