scientifiques de l'Université de Columbia, en collaboration avec des chercheurs de Harvard, ont réussi à développer un procédé chimique pour absorber la lumière infrarouge et la réémettre sous forme d'énergie visible, permettant à un rayonnement inoffensif de pénétrer les tissus vivants et d'autres matériaux sans les dommages causés par l'exposition à la lumière à haute intensité.

Les recherches de l'équipe sont publiées dans le numéro du 16 janvier de La nature .

« Les résultats sont passionnants car nous avons pu effectuer une série de transformations chimiques complexes qui nécessitent généralement une énergie élevée, la lumière visible à l'aide d'un non invasif, source lumineuse infrarouge, " a déclaré Tomislav Rovis, professeur de chimie à Columbia et co-auteur de l'étude. "On peut imaginer de nombreuses applications potentielles où des barrières entravent le contrôle de la matière. Par exemple, la recherche est prometteuse pour améliorer la portée et l'efficacité de la thérapie photodynamique, dont le plein potentiel pour la gestion du cancer n'a pas encore été réalisé. »

L'équipe, qui comprend Luis M. Campos, professeur agrégé de chimie à Columbia, et Daniel M. Congreve du Rowland Institute à Harvard, réalisé une série d'expériences en utilisant de petites quantités d'un nouveau composé qui, lorsqu'il est stimulé par la lumière, peut arbitrer le transfert d'électrons entre des molécules qui autrement réagiraient plus lentement ou pas du tout.

Leur approche, connu sous le nom de conversion ascendante par fusion triplet, implique une chaîne de processus qui fusionne essentiellement deux photons infrarouges en un seul photon de lumière visible. La plupart des technologies ne captent que la lumière visible, ce qui signifie que le reste du spectre solaire est gaspillé. La conversion ascendante par fusion triplet peut récolter la lumière infrarouge à faible énergie et la convertir en lumière qui peut ensuite être absorbée par des dispositifs optoélectroniques, comme les cellules solaires. La lumière visible est également facilement réfléchie par de nombreuses surfaces, alors que la lumière infrarouge a des longueurs d'onde plus longues qui peuvent pénétrer des matériaux denses.

« Avec cette technologie, nous avons pu affiner la lumière infrarouge au besoin, des longueurs d'onde plus longues qui nous ont permis de traverser de manière non invasive un large éventail de barrières, comme le papier, moules en plastique, sang et tissus, " a déclaré Campos. Les chercheurs ont même pulsé de la lumière à travers deux tranches de bacon enroulées autour d'un flacon.

Les scientifiques tentent depuis longtemps de résoudre le problème de la pénétration de la lumière visible dans la peau et le sang sans endommager les organes internes ou les tissus sains. Thérapie photodynamique (PDT), utilisé pour traiter certains cancers, utilise un médicament spécial, appelé photosensibilisateur, qui est déclenché par la lumière pour produire une forme hautement réactive d'oxygène capable de tuer ou d'inhiber la croissance des cellules cancéreuses.

La thérapie photodynamique actuelle est limitée au traitement des cancers localisés ou de surface. "Cette nouvelle technologie pourrait amener la PDT dans des zones du corps qui étaient auparavant inaccessibles, " dit Rovis. " Plutôt que d'empoisonner le corps entier avec un médicament qui provoque la mort des cellules malignes et des cellules saines, un médicament non toxique combiné à la lumière infrarouge pourrait cibler sélectivement le site tumoral et irradier les cellules cancéreuses. »

La technologie pourrait avoir un impact considérable. La luminothérapie infrarouge peut être utile dans le traitement d'un certain nombre de maladies et d'affections, y compris les traumatismes crâniens, nerfs et moelles épinière endommagés, perte auditive, ainsi que le cancer.

D'autres applications potentielles incluent la gestion à distance du stockage de produits chimiques, la production d'énergie solaire et le stockage de données, développement de médicaments, capteurs, méthodes de sécurité alimentaire, composites moulables imitant l'os et traitement de composants microélectroniques.

Les chercheurs testent actuellement des technologies de conversion ascendante des photons dans d'autres systèmes biologiques. "Cela ouvre des opportunités sans précédent pour changer la façon dont la lumière interagit avec les organismes vivants, " a déclaré Campos. " En ce moment, nous utilisons des techniques de conversion ascendante pour l'ingénierie tissulaire et l'administration de médicaments. "