Emisión de luz excitante y medición de la temperatura con ultrasonidos
Los científicos desarrollan sistemas de materiales mecanoluminiscentes: Aplicación en terapia fotodinámica
Si los materiales mecanoluminiscentes se someten a una tensión mecánica externa, emiten luz visible o invisible. Esta excitación puede producirse, por ejemplo, mediante la flexión o una suave presión, pero también sin contacto alguno mediante ultrasonidos. De este modo, el efecto puede activarse a distancia y la luz puede llegar a lugares que normalmente tienden a estar en la oscuridad, por ejemplo en el cuerpo humano. Si el tratamiento con ultrasonidos se utiliza al mismo tiempo para generar calor local, es importante en un entorno tan sensible observar de cerca las temperaturas que se producen. Científicos especializados en materiales de la Universidad Friedrich Schiller de Jena (Alemania) han desarrollado un material mecanoluminiscente que no sólo puede utilizarse para generar una entrada de calor local mediante ultrasonidos, sino que también proporciona información sobre la temperatura local al mismo tiempo. Los resultados de su investigación se publican en la revista científica "Advanced Science".
Material mecanoluminiscente durante un experimento.
Jens Meyer/Universität Jena
Semiconductores y tierras raras
En su trabajo, los científicos de Jena se ocupan a menudo de las propiedades mecánicas de los materiales inorgánicos y, en particular, de cómo se pueden observar ópticamente los procesos mecánicos. "La emisión de luz inducida mecánicamente puede proporcionarnos muchos detalles sobre la respuesta de un material a la tensión mecánica", explica el profesor Lothar Wondraczek de la Universidad de Jena. "Pero para ampliar el campo de aplicaciones, a veces también es necesario obtener información adicional sobre la temperatura local, especialmente cuando la excitación se realiza mediante ultrasonidos. En este caso, nos interesamos inicialmente por los materiales sensores en forma de partículas ultrafinas, que -introducidas en el entorno a estudiar- pueden proporcionar información de retorno sobre cómo interactúan los ultrasonidos con este entorno."
Para ello, los investigadores de Jena han combinado un semiconductor de oxisulfuro con el óxido de erbio de tierras raras. La estructura semiconductora absorbe la energía mecánica proporcionada por la excitación de los ultrasonidos, y el óxido de erbio proporciona la emisión de luz. La temperatura puede leerse entonces a partir del espectro de la luz emitida mediante termometría óptica. "Esto significa que podemos estimular un aumento de temperatura desde el exterior, medirlo a partir de las características de la emisión de luz y establecer así un circuito de control completo", explica Wondraczek.
Aplicación en la terapia fotodinámica
La emisión de luz por control remoto, combinada con el control de la temperatura, podría abrir ámbitos de aplicación completamente nuevos para estos materiales mecanoluminiscentes, por ejemplo en medicina. "Un posible campo de aplicación podría ser la terapia fotodinámica, en la que la luz se utiliza para controlar los procesos fotofísicos que pueden ayudar al organismo a curarse", afirma el científico de materiales Wondraczek.
Con materiales mecanoluminiscentes multirreactivos en forma de partículas muy finas, no sólo se podría generar luz y calor en el lugar deseado, sino que también se podrían controlar de forma selectiva. Como el tejido biológico es transparente a la luz infrarroja emitida, es posible fijar y controlar una temperatura deseada desde el exterior durante el tratamiento. "Sin embargo, estas ideas están todavía muy en pañales. Todavía hay que investigar y estudiar mucho para ponerlas en práctica".
Más accesibles son otras aplicaciones en las que hay que llevar luz y calor a lugares oscuros de forma selectiva. Por ejemplo, la fotosíntesis u otras reacciones impulsadas por la luz podrían activarse, observarse y controlarse específicamente. Asimismo, volviendo al principio, el material puede utilizarse como sensor para generar u observar cambios en el material, o también como marca invisible y codificada en las superficies del material.
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