加州大学河滨分校和德克萨斯大学奥斯汀分校的材料科学家证明，当使用包含硅纳米晶体和特殊有机分子的精心设计的结构时，可以实现比激发材料的能量更高的光的发射。

这一成果发表在《自然化学》杂志上，使科学家们离开发出治疗癌症的光动力治疗又近了一步。这一进展也可能加速太阳能转换、量子信息和近红外驱动光催化等新技能的发展。

高能量的光，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，不能在肿瘤附近产生治疗自由基。另一方面，近红外光穿透得很深，但没有足够的能量产生自由基。

虽然光子上转换可以克服这一限制，但转换材料要么效率低，要么是有毒材料。众所周知，硅是无毒的，但直到现在，研究人员还不能证明硅纳米晶体可以向上转换光子，这使得这种有希望的癌症治疗遥不可及。

由加州大学河滨分校材料科学博士生潘霞领导的小组通过仔细研究硅纳米晶体的表面化学来解决这个问题。研究小组学习了如何将有助于分子结合的配体连接到纳米颗粒上，该纳米颗粒是专门设计用于将能量从纳米晶体转移到周围分子的。

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-三重态三元融合的过程将低能激发转换为高能激发，从而产生比纳米颗粒吸收的光子更短的波长或更高的能量的发射。

“我们用蒽功能化了硅纳米晶。然后我们激活了硅纳米晶体，发现能量通过蒽分子有效地从纳米晶体转移到溶液中的二苯蒽。”研究人员指出，“这意味着我们获得了更高能量的光。”

“要将低能光子转变为高能光子，您需要使用三重态，需要使用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。”合著者，加州大学河滨分校化学副教授，夏的论文顾问唐明(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。

机械工程学副教授洛伦佐·曼戈利尼(Lorenzo Mangolini)说：“这项工作非常基础。真正的新奇之处在于如何让这个结构的两个部分——有机分子和受量子限制的硅纳米晶体——协同工作。我们是初次将两者结合在一起的人。“

论文的合著者肖恩·罗伯茨是德克萨斯大学奥斯汀分校的化学助理教授，他使用超快激光研究了这种混合结构中能量是如何传递的，并确定了该过程的惊人速度和效率。

“面临的挑战是将成对的激发电子从这些有机材料中转移到硅中。这不能仅仅通过在另一个的顶部沉积一个就完成，”罗伯茨说。“需要在硅和这种材料之间建立一种新型的化学界面，使它们能够进行电子通信。”

这一发现还可能改进光催化，即利用光来驱动化学反应。

唐说：“光催化剂通常只在紫外线或紫外光下工作，所以这是一种从其余的太阳光谱中产生光催化剂的方法。”

环境可持续的以硅为中心的方法也适用于量子信息科学和单态态裂变驱动的太阳能电池。

厚朴方舟2012年进入海外医疗领域，总部位于北京，建立了由全球权威医学专家组成的美日名医集团，初个拥有日本政府官方颁发的海外医疗资格的企业。如果您有海外就医的需要，请拨打免费热线400-086-8008进行咨询！

本文由厚朴方舟编译，版权归厚朴方舟所有，转载或引用本网版权所有之内容须注明"转自厚朴方舟官网（www.hopenoah.com）"字样，对不遵守本声明或其他违法、恶意使用本网内容者，本网保留追究其法律责任的权利。

上一篇：治疗囊性纤维化的新方法可以降低肺移植死亡风险 下一篇：肠道微生物可能影响衰老进程，有望利用肠道微生物开发抗衰老策略