Các nhà khoa học từ Đại học St Andrews đã tạo ra những mẫu vật liệu hữu cơ đầu tiên có khả năng đồng thời hấp thụ hai photon và phát ra ánh sáng phân cực tròn. Sự kết hợp hiếm có này của các tính chất hứa hẹn một cuộc cách mạng trong việc quét sâu các mô sinh học.
Các chất nhuộm thông thường dùng cho kính hiển vi huỳnh quang nhanh chóng bị tán xạ trong bề dày mô, và tín hiệu suy giảm ngay ở độ sâu vài trăm micromet. Các phân tử chiral mới thuộc lớp vật liệu huỳnh quang chậm được kích hoạt nhiệt đa cộng hưởng (MR-TADF) lại hành xử khác: chúng hấp thụ cùng lúc hai photon ánh sáng hồng ngoại, rồi phát ra ánh sáng khả kiến với phân cực được xác định rõ ràng.
Hãy tưởng tượng một chiếc đèn pin không chiếu một mà hai tia sáng cùng lúc, đồng thời «ghi nhớ» ánh sáng bị xoắn theo hướng nào. Các hợp chất này hoạt động đúng như vậy. Tính chiral của các phân tử — sự bất đối xứng gương của chúng — khiến ánh sáng phát ra chủ yếu xoay theo một hướng, cho phép lọc nhiễu và thu được hình ảnh rõ nét hơn.
Bản thân việc hấp thụ hai photon đã được sử dụng trong y học: ánh sáng hồng ngoại xuyên sâu hơn ánh sáng khả kiến và ít gây tổn hại mô hơn. Việc bổ sung phát quang phân cực tròn khiến tín hiệu càng giàu thông tin hơn — các nhà nghiên cứu sẽ có thể phân biệt những cấu trúc mà trước đây hòa lẫn thành một khối mờ nhòe chung.
Công trình được công bố trên Nature Communications do nhóm của giáo sư Eli Zisman-Kolman thực hiện với sự hợp tác của các đồng nghiệp từ Đại học Durham. Hiện tại đây vẫn là những mẫu thí nghiệm, nhưng ngay từ bây giờ đã rõ: những vật liệu như vậy có thể trở thành nền tảng cho các phương pháp hình ảnh hóa không xâm lấn đối với khối u, mạch máu và sợi thần kinh ở độ sâu vài milimét.
Trong tương lai, các bác sĩ sẽ có thể thu được hình ảnh ba chiều của các cơ quan nội tạng mà không cần tia X hay từ trường mạnh, còn các nhà sinh học — quan sát các quá trình sống trong thời gian thực bên trong một cơ thể nguyên vẹn. Một vật liệu giải quyết cùng lúc hai bài toán: xuyên sâu và tín hiệu phân cực có độ tương phản cao.
Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu thử nghiệm những hợp chất mới trong môi trường sinh học.
