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Faire de la lumière à haute énergie pour lutter contre le cancer – Actualite-sante

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Des scientifiques spécialistes des matériaux à l'Université de Californie, à Riverside et à l'Université du Texas à Austin ont démontré qu'il était possible de réaliser une conversion ascendante de photons, l'émission de lumière avec une énergie supérieure à celle qui excite le matériau, en utilisant soigneusement structures conçues contenant des nanocristaux de silicium et des molécules organiques spécialisées.

Cet accomplissement, publié dans Nature Chemistry rapproche les scientifiques du développement de traitements photodynamiques à invasion minimale pour le cancer. Cette avancée pourrait également accélérer les nouvelles technologies pour la conversion de l'énergie solaire, l'information quantique et la photocatalyse pilotée dans le proche infrarouge.

Une lumière à haute énergie, telle que la lumière laser ultraviolette, peut former des radicaux libres capables d'attaquer les tissus cancéreux. Cependant, la lumière ultraviolette ne se déplace pas assez loin dans les tissus pour générer des radicaux thérapeutiques proches du site de la tumeur. D'autre part, la lumière proche infrarouge pénètre profondément mais n'a pas assez d'énergie pour générer les radicaux

Alors que la conversion ascendante de photons peut surmonter cette limitation, les matériaux convertis à la hausse ont soit une faible efficacité, soit une base de matériaux toxiques. . Le silicium est bien connu pour être non toxique, mais jusqu'à présent, les chercheurs n'ont pas été en mesure de démontrer que les nanocristaux de silicium peuvent augmenter la conversion des photons, laissant ce traitement prometteur du cancer hors de portée.

Un groupe dirigé par UC Riverside Materials Science La doctorante Pan Xia s’est attaquée à ce problème en étudiant avec soin la chimie de surface des nanocristaux de silicium. Le groupe a appris comment attacher des ligands, qui aident à lier des molécules, à la nanoparticule spécialement conçue pour transférer l'énergie des nanocristaux aux molécules environnantes.

L'équipe a ensuite projeté une lumière laser dans la solution. Ils ont découvert que des nanocristaux de silicium dotés de ligands de surface appropriés pouvaient rapidement transférer l'énergie à l'état de triplet des molécules environnantes. Un processus appelé fusion triplet-triplet convertit ensuite l'excitation de basse énergie en excitation de haute énergie, ce qui entraîne l'émission d'un photon à une longueur d'onde inférieure, ou une énergie supérieure à celle absorbée à l'origine par la nanoparticule.

"Nous avons fonctionnalisé. Nous avons ensuite excité les nanocristaux de silicium et constaté que l’énergie était efficacement transférée du nanocristal, via les molécules d’anthracène, au diphénylanthracène en solution ", a déclaré Xia. "Cela signifie que nous avons une lumière de plus haute énergie."

"Pour transformer les photons de basse énergie en photons de haute énergie, vous devez utiliser des triplets, des nanoparticules à confinement quantique, et les tenir C’est ainsi que les triplets combinent leur énergie pour obtenir les photons de haute énergie ", a déclaré le co-auteur, Ming Lee Tang, professeur agrégé de chimie à UC Riverside et conseiller de thèse de Xia. Le laboratoire de Tang a été un pionnier dans la fixation des molécules organiques conjuguées sur les nanoparticules de silicium.

"Ce travail est fondamental", a déclaré le co-auteur Lorenzo Mangolini, professeur agrégé de génie mécanique, dont le groupe a fabriqué les nanocristaux de silicium. "La nouveauté réside en réalité dans la manière de faire travailler ensemble les deux parties de cette structure – les molécules organiques et les nanocristaux de silicium confinés quantiques. Nous sommes le premier groupe à avoir vraiment réuni les deux."

Co-auteur Sean Roberts, professeur adjoint de chimie à l'Université du Texas à Austin, a utilisé des lasers ultra-rapides pour étudier le transfert d'énergie dans cette structure hybride, et a déterminé que le processus était à la fois incroyablement rapide et efficace.

"Le défi a été de devenir Des paires d’électrons excités sortant de ces matériaux organiques pour les transformer en silicium. On ne peut pas y arriver simplement en les déposant les unes sur les autres ", a déclaré M. Roberts. "Il faut construire un nouveau type d'interface chimique entre le silicium et ce matériau pour leur permettre de communiquer électroniquement."

Cette découverte pourrait également permettre d'améliorer la photocatalyse, qui utilise la lumière pour conduire des réactions chimiques.

"Les photocatalyseurs en général travailler uniquement avec la lumière ultraviolette ou la lumière violette, c’est donc une façon de générer celle du reste du spectre solaire ", a déclaré Tang.

L’approche écologiquement durable centrée sur le silicium est également pertinente pour la science de l’information quantique et la fission singlet. cellules solaires entraînées.

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