Kızılötesi ışığı görünür ışığa dönüştürmek mümkün mü?

Metin: Carla Cantor, Columbia Üniversitesi

Harvard’dan araştırmacılarla işbirliği yapan Columbia Üniversitesi bilim insanları, kızılötesi ışığı absorbe etmek ve görünür enerji olarak yeniden yaymak için kimyasal bir süreç geliştirmeyi başardılar. Böylece yüksek yoğunluklu ışığa maruz kalmaktan kaynaklanan bir hasar olmaksızın zararsız radyasyon, canlı dokuya ve diğer maddelere nüfuz edebiliyor.

Ekibin araştırması Nature dergisinin 16. Ocak sayısında yayımlandı.

Columbia’da kimya profesörü olan, çalışmanın yazarlarından Tomislav Rovis, “Bulgular heyecan verici, çünkü invaziv olmayan, kızılötesi bir ışık kaynağı kullanarak genellikle yüksek enerjili, görünür ışık gerektiren bir dizi karmaşık kimyasal dönüşüm gerçekleştirebildik,” diyor. “Maddeyi kontrol etmenin önüne geçen engellerin olduğu birçok potansiyel uygulama hayal edilebilir. Örneğin araştırma, kanseri yönetme açısından tam potansiyeli henüz anlaşılmamış olan fotodinamik tedaviye hem erişimi hem de tedavinin etkinliğini artırmayı vaat ediyor.”

Columbia Üniversitesi kimya doçenti Luis M. Campos ile Harvard’daki Rowland Enstitüsü’nden Daniel M. Congreve’in de aralarında bulunduğu ekip, ışıkla uyarılmamaları halinde daha yavaş tepki verecek veya hiç tepki vermeyecek moleküller arası elektron transferine ışıkla uyarıldığında aracılık edebilen, küçük miktarlarda yeni bir bileşik kullanarak bir dizi deney gerçekleştirdi.

Üçlü füzyon üst enerji dönüşümü olarak bilinen yaklaşımları, esasen iki kızılötesi fotonu tek bir görünür ışık fotonunda birleştiren bir süreçler zincirini içerir. Çoğu teknoloji yalnızca görünür ışığı yakalar, yani güneş spektrumunun geri kalanı boşa gider. Üçlü füzyon üst enerji dönüşümü, düşük enerjili kızılötesi ışığı toplayabilir ve daha sonra bunu, güneş pilleri gibi optoelektronik cihazlar tarafından absorbe edilebilecek ışığa dönüştürebilir. Görünür ışık da birçok yüzey tarafından kolayca yansıtılır, oysa kızılötesi ışık yoğun malzemelere nüfuz edebilen daha uzun dalga boylarına sahiptir.

Campos, “Bu teknolojiyle kızılötesi ışığa; kâğıt, plastik kalıplar, kan ve doku gibi çok çeşitli engellerden invaziv olmayacak şekilde geçmemize olanak tanıyan gerekli, daha uzun dalga boylarında ince bir ayar yapabildik,” diyor. Araştırmacılar ışığı, bir deney tüpünün etrafına sarılı iki jambon diliminden bile geçirdiler.

Bilim insanları, iç organlara veya sağlıklı dokuya zarar vermeden görünür ışığın cilde ve kana nasıl nüfuz etmesinin sağlanacağı sorununu uzun bir süredir çözmeye çalışıyordu. Bazı kanserleri tedavi etmek için kullanılan Fotodinamik Terapi (Photodynamic Therapy, PDT), kanser hücrelerinin büyümesini engelleyebilen veya kanser hücrelerini yok edebilen son derece reaktif bir oksijen formu üretmek için ışıkla tetiklenen, fotosensitizer (ışığa duyarlı) olarak adlandırılan özel bir ilaçtan yararlanıyor.

Mevcut fotodinamik terapi, lokalize veya yüzey kanserlerinin tedavisiyle sınırlı. “Bu yeni teknoloji sayesinde fotodinamik terapi, daha önce erişilemeyen vücut bölgelerinde uygulanabilir,” diyor Rovis. “Hem kötü huylu hücrelerin hem de sağlıklı hücrelerin ölümüne neden olan bir ilaçla tüm vücudu zehirlemek yerine, kızılötesi ışıkla birlikte kullanılacak toksik olmayan bir ilaç tümör bölgesini seçerek hedefleyebilir ve kanser hücrelerine ışın tedavisi uygulayabilir.”

Teknoloji çok geniş kapsamlı bir etkiye sahip olabilir. Kızılötesi ışık terapisi, kanserin yanı sıra travmatik beyin hasarı, hasar görmüş sinirler ve omurilikler, işitme kaybı da dahil olmak üzere çeşitli hastalıkların ve durumların tedavisinde etkili olabilir.

Kimyasal depolama güneş enerjisi üretiminin ve veri depolamanın uzaktan yönetimi, ilaç geliştirme, sensörler, gıda güvenliği yöntemleri, kemik yapısını taklit eden şekillendirilebilir kompozitler, mikroelektronik bileşenlerin işlenmesi vs. diğer potansiyel uygulamalar arasında yer alıyor.

Araştırmacılar şu anda ek biyolojik sistemlerde foton-üst enerji dönüşümü teknolojilerini test ediyorlar. “Bu teknolojiler, ışığın canlı organizmalarla etkileşim şeklini değiştirme açısından benzeri görülmemiş fırsatlar sağlıyor,” diyor Campos. “Şu anda, doku mühendisliği ve ilaç dağıtımı için üst enerji dönüşümü teknikleri kullanıyoruz.”

Haber kaynağı: https://phys.org/news/2019-01-scientists-visible-infrared.amp?fbclid=IwAR0cRFu72ZQZeFGeAjdyV7M8pBHvwySI5WjGkpv030A-HiiGNN90ZxSJ7-w