Не только солнечные панели, но и лечение рака: ученые создали новый материал

Новый материал, созданный в малоисследованных сферах пересечения органической и неорганической химии, обещает не только повысить эффективность солнечных панелей, но и может предвещать наступление следующего поколения лечения рака.

Описанный в недавно опубликованной статье журнала Nature Chemistry этот композитный материал состоит из крошечных кремниевых наночастиц и органического соединения, близкого к тем, которые используются в OLED-телевизорах. Его свойства включают способность ускорять обмен энергией между двумя молекулами, а также преобразовывать свет с более низкой энергией в свет с более высокой энергией.

Только несколько лабораторий в мире способны изготавливать кремниевые наночастицы с нужными характеристиками. Одной из таких является лаборатория под руководством Лоренцо Манголини, профессора механической инженерии и науки о материалах в Университете Калифорнии в Риверсайде, который помог сформировать процесс их производства.

"Новый материал улучшает предыдущие попытки создать нечто, что эффективно обменивается энергией между двумя различными компонентами", — сказал Манголини. — "Есть большие возможности использовать его во множестве приложений, но, возможно, одно из самых важных с точки зрения человеческого здоровья — это лечение рака."

Свет с высокой энергией, такой как ультрафиолетовый лазерный свет, может образовывать свободные радикалы, способные атаковать раковую ткань. Однако ультрафиолетовый свет не проникает достаточно глубоко в ткани, чтобы образовать терапевтические радикалы вблизи опухолевого очага. С другой стороны, ближний инфракрасный свет проникает глубоко в организм, но не имеет достаточно энергии для образования радикалов.

С помощью нового материала исследовательская группа продемонстрировала возможность излучения света с более высокой энергией, чем свет, направленный на материал, что называется фотонной восходящей конверсией. Кроме того, кремниевые "точки", которые составляют основу этого материала с высокой энергией, не являются токсичными.

Преобразование света с низкой энергией в форму с более высокой энергией можно использовать для повышения эффективности солнечных элементов, позволяя им захватывать ближний инфракрасный свет, который обычно проходит сквозь них. При оптимизации низкоэнергетического света можно сократить размер солнечных панелей на 30%.

"Эти элементы обычно не используют низкоэнергетические фотоны, но с использованием этой системы это возможно. Мы можем сделать матрицы намного более эффективными", — сказал Манголини.

С новым материалом можно улучшить различные приложения с использованием инфракрасного света, такие как биоизображение, трёхмерная печать с использованием света и световые датчики, которые помогут автомобилям с автоматическим управлением в туманную погоду.

Это исследование было финансируемо Национальным научным фондом и было проведено командой из Университета Техаса в Остине, Университета Колорадо в Боулдере и Университета Юты, а также из Университета Калифорнии в Риверсайде. Команда исследователей не только взволнована потенциальными применениями, но и возможностью проектирования нового класса композитных материалов, подобных этому.

Композиты — это материалы, которые ведут себя иначе, чем их базовые компоненты в отдельности. Например, композиты из углеродных волокон и смолы являются прочными и легкими и используются в крыльях самолетов и многих спортивных товарах.

"Теперь мы знаем, как совместить две совершенно разные вещества и объединить их достаточно прочно, чтобы создать не просто смесь, но совершенно новый материал с уникальными свойствами", — сказал Шон Робертс, профессор химии Университета Техаса в Остине и соавтор статьи. — "Это один из первых случаев, когда это было достигнуто".