加利福尼亚大学河边分校和德克萨斯大学奥斯汀分校的材料科学家证明，使用硅纳米晶体和特殊的有机分子精心设计的结构，可以实现发射光能高于激发材料的光。
 
这一结果发表在《Nature Chemistry》杂志上，使科学家们距离开发针对癌症的微创光动力疗法更近了一步。这一进展还可能催生用于太阳能转换，量子信息和近红外驱动的光催化的新技术。
 
高能光，例如紫外线激光，可以形成能够攻击癌组织的自由基。然而，紫外线不能深入到组织中，因此无法在靠近肿瘤部位的位置产生治疗自由基。另一方面，近红外光可穿透得很深，但没有足够的能量产生自由基。
 
虽然光子上转换可以克服此限制，但目前用于光能转换的材料效率低或具有毒性。硅被认为是无毒的材料，但是直到现在，研究人员仍无法证明硅纳米晶体可以上转换光子。
 
加州大学河滨分校的研究者们通过仔细研究硅纳米晶体的表面化学来解决这个问题。该小组研究了如何将有助于将分子结合在一起的配体与纳米颗粒连接。
 
然后，团队将激光照射到溶液中。他们发现具有适当表面配体的硅纳米晶体可以迅速将能量转移到周围分子的三重态。然后，称为三重态-三重态三元融合的过程将低能激发转换为高能激发，从而导致在比原始被纳米粒子吸收的光子更短的波长或更高的能量下发射光子。
 
“要将低能光子转变为高能光子，需要使用三重态，量子约束的纳米粒子，并且需要将纳米粒子和有机分子非常紧密地保持在一起。这就是获得三重态的方式结合能量以获得高能光子。”加州大学河滨分校化学副教授Ming Lee Tang说。 Tang的实验室开创了如何将共轭有机分子连接到硅纳米颗粒的方法。
资讯出处：Making higher-energy light to fight cancer
 
原始出处：Pan Xia, Emily K. Raulerson, Devin Coleman, Carter S. Gerke, Lorenzo Mangolini, Ming Lee Tang, Sean T. Roberts. Achieving spin-triplet exciton transfer between silicon and molecular acceptors for photon upconversion. Nature Chemistry, 2019; DOI: 10.1038/s41557-019-0385-8