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Medizin Forscher wollen Krebs mit Photonen bekämpfen

03. Dezember 2019, 16:20 Uhr

Eine neuartige Krebs-Therapie rückt einen Schritt näher: die Hoch-Energie-Photonen-Methode. US-Wissenschaftler haben dafür erstmals spezielle Silizium-Nanokristalle designt, die Licht mit mehr Energie abgeben, als sie aufgenommen haben.

Das Besondere an der möglichen neuen Therapie: Sie soll im Gegensatz zu bisherigen Verfahren wie Chemo- und Strahlentherapie ungiftig für den Körper des Patienten sein. Allerdings befindet sich die Forschung dazu noch im Anfangsstadium. Die Erkenntnisse der Wissenschaftler von den Universitäten von Kalifornien (Riverside) und Texas (Austin) könnten später aber auch in anderen Bereichen genutzt werden, wie bei der Gewinnung von Solarenergie, der Quantentechnik oder der sogenannten Photokatalyse, eine durch Licht ausgelöste chemische Reaktion.

Methode besser als UV- und Infrarot-Licht

Bei der neuartigen Methode, die auf dem Prinzip der Aufwärtskonversion von Photonen basiert, wird der Umstand ausgenutzt, dass hoch-energetisches Licht freie Radikale formen kann, die das Krebsgewebe angreifen. UV-Licht dagegen dringt nicht weit genug in das Gewebe vor, Infrarot-Licht hat nicht genug Energie, um freie Radikale zu erzeugen.

Für bisherige Methoden der Photonen-Aufwärtskonversion wurden zudem giftige Materialien verwendet. Mit Silizium nutzten die US-Forscher nun erstmals eine ungiftige Substanz. Die Funktionsweise erklärt der Co-Autor der Studie Ming Lee Tang:

Um die niedrig-energetischen Photonen in hoch-energetische zu verwandeln, braucht man Triplette, Quanten-begrenzte Nanopartikel, und muss diese Partikel sowie die organischen Moleküle zusammenbringen. So können die Triplette die Energie bündeln und es werden hoch-energetische Photonen erzeugt.

Ming Lee Tang, Co-Autor der Studie

Erstmals organische Moleküle und Nanopartikel kombiniert

Ein weiterer Co-Autor der Studie ist Lorenzo Mangolini. Der Professor für Maschinenbau hat mit seiner Gruppe die Nanokristalle aus Silizium geschaffen. "Die Arbeit bildet eine gute Grundlage", so der Italiener. "Das Neuartige an ihr besteht darin, wie die beiden Teile der Struktur - die organischen Moleküle und die Quanten-begrenzten Nanopartikel - dazu gebracht werden, miteinander zu reagieren."

Die Silizium-Nanokristalle werden aus Silan-Gas in einem Plasma-Prozess erzeugt. Bildrechte: Lorenzo Mangolini/UC Riverside

Neben der Krebsforschung kann das neue Hoch-Energie-Photonen-Verfahren auch genutzt werden, um die erwähnte Photokatalyse zu verbessern. "Photokatalysen arbeiten normalerweise nur mit ultraviolettem oder violettem Licht", erklärt Ming Lee Tang, "nun kann auch das restliche Spektrum verwendet werden." Die umweltfreundliche Methode der US-Wissenschaftler ist zudem von Bedeutung für die Erforschung von Quanteninformation sowie Solarzellen, die über eine sogenannten Singulett-Spaltung funktionieren, bei der ein Photon zwei angeregte Elektronen erzeugen kann, statt wie bisher eins.

cdi