Photon upconversion
ফোটন আপকনভার্সন (ইউসি) এমন একটি প্রক্রিয়া যেখানে দুই বা ততোধিক ফোটনের ক্রমিক শোষণের ফলে উত্তেজনা তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তুলনায় স্বল্পতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যে আলো নির্গত হয়। এটি একটি অ্যান্টি-স্টোকস ধরনের নির্গমন। একটি উদাহরণ হল ইনফ্রারেড আলোকে দৃশ্যমান আলোতে রূপান্তর করা। বিভিন্ন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে জৈব এবং অজৈব উভয় উপাদানেই রূপান্তর ঘটতে পারে। জৈব অণু যা ট্রিপল-ট্রিপলেট অ্যানিহিলেশনের মাধ্যমে ফোটন রূপান্তর অর্জন করতে পারে তা সাধারণত পলিসাইক্লিক অ্যারোমেটিক হাইড্রোকার্বন (পিএএইচ)। ফোটন রূপান্তর করতে সক্ষম অজৈব পদার্থগুলিতে প্রায়শই ডি-ব্লক বা এফ-ব্লক উপাদানের আয়ন থাকে। এই আয়নগুলির উদাহরণ হল Ln3 +, Ti2 +, Ni2 +, Mo3 +, Re4 +, Os4 + ইত্যাদি। ফোটন উত্থানের পিছনে শারীরিক প্রক্রিয়া অজৈব পদার্থে ফোটন উত্থানের জন্য তিনটি মৌলিক প্রক্রিয়া এবং জৈব পদার্থে কমপক্ষে দুটি স্বতন্ত্র প্রক্রিয়া রয়েছে। অজৈব পদার্থগুলিতে ফোটন আপকন্ভার্শন শক্তি স্থানান্তর আপকন্ভার্শন (ই. টি. ইউ), উত্তেজিত-অবস্থা শোষণ (ই. এস. এ) এবং ফোটন অ্যাভালাঞ্চের (পি. এ) মাধ্যমে ঘটে। এই ধরনের প্রক্রিয়াগুলি অপটিক্যাল ফাইবার, বাল্ক স্ফটিক বা ন্যানো পার্টিকেল সহ বিভিন্ন আকার এবং কাঠামোর উপকরণগুলিতে পর্যবেক্ষণ করা যেতে পারে, যতক্ষণ না সেগুলিতে উপরে উল্লিখিত কোনও সক্রিয় আয়ন থাকে। জৈব অণুগুলি সংবেদনশীল ট্রিপল-ট্রিপলেট অ্যানহিলেশন (এস. টি. টি. এ) এবং এনার্জি পুলিংয়ের মাধ্যমে ফোটনগুলিকে রূপান্তরিত করতে পারে। আপকনভার্সনকে দুই-ফোটন শোষণ এবং দ্বিতীয়-হারমোনিক প্রজন্ম থেকে আলাদা করা উচিত। এই দুটি ভৌত প্রক্রিয়ার ফোটন উত্থানের (উত্তেজনার চেয়ে কম তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ফোটনের নির্গমন) অনুরূপ ফলাফল রয়েছে তবে এর পিছনের প্রক্রিয়াটি আলাদা। 1959 সালে নিকোলাস ব্লুমবার্গেন একটি প্রাথমিক প্রস্তাব (একটি সলিড-স্টেট আইআর কোয়ান্টাম কাউন্টার) করেছিলেন এবং 1966 সালে ফ্রাঁসোয়া আউজেল এই প্রক্রিয়াটি প্রথম পর্যবেক্ষণ করেছিলেন। একটি তাপীয় রূপান্তর প্রক্রিয়াও সম্ভব। এই প্রক্রিয়াটি আপকনভার্টারে কম শক্তি সহ ফোটনগুলির শোষণের উপর ভিত্তি করে, যা গরম করে এবং উচ্চ শক্তি সহ ফোটনগুলিকে পুনরায় নির্গত করে। এই প্রক্রিয়াটি উন্নত করার জন্য, আপকনভার্টারের অপটিক্যাল অবস্থার ঘনত্ব সাবধানে ফ্রিকোয়েন্সি-এবং কৌণিক-নির্বাচনী নির্গমন বৈশিষ্ট্য সরবরাহ করার জন্য ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, একটি প্ল্যানার থার্মাল আপকনভার্টিং প্ল্যাটফর্মে একটি সামনের পৃষ্ঠ থাকতে পারে যা একটি সংকীর্ণ কৌণিক পরিসরের মধ্যে নিম্ন-শক্তির ফোটন ঘটনা শোষণ করে এবং একটি পিছনের পৃষ্ঠ যা দক্ষতার সাথে শুধুমাত্র উচ্চ-শক্তির ফোটন নির্গত করে। এই পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলি ফোটোনিক স্ফটিকের নকশার মাধ্যমে উপলব্ধি করা যেতে পারে এবং থার্মোফোটোভোলটাইক এবং প্যাসিভ রেডিয়েটিভ কুলিংয়ের উপর তত্ত্ব এবং পরীক্ষা-নিরীক্ষা প্রদর্শিত হয়েছে। সর্বোত্তম মানদণ্ডের অধীনে, আপ-কনভার্টার প্রবর্তনের মাধ্যমে সৌর বিকিরণ থেকে বিদ্যুতে শক্তি রূপান্তর দক্ষতা AM1.5D বর্ণালী ব্যবহার করে 73 শতাংশ পর্যন্ত যেতে পারে এবং 76 শতাংশ সূর্যকে একটি একক-সংযোগকারী কোষের জন্য 6,000 কেলভিন কালো বস্তুর উৎস হিসাবে বিবেচনা করে। সংবেদনশীল ট্রিপল-ট্রিপলেট অ্যানিহিলেশন সংবেদনশীল ট্রিপল-ট্রিপলেট অ্যানিহিলেশন (এস. টি. টি. এ) ভিত্তিক ফোটন রূপান্তর একটি দ্বি-আণবিক প্রক্রিয়া যা বেশ কয়েকটি শক্তি স্থানান্তর পদক্ষেপের মাধ্যমে দক্ষতার সাথে দুটি নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সি ফোটনকে উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সির একটি ফোটনে একত্রিত করে। টি. টি. এ ব্যবস্থায় একটি শোষণকারী প্রজাতি, সংবেদনশীল এবং একটি নির্গমনকারী প্রজাতি, নির্গমনকারী (বা অ্যানিহিলেটর) থাকে। নির্গমনকারীগুলি সাধারণত পলি-অ্যারোমেটিক ক্রোমোফোর যা বড় একক-ত্রিপল শক্তি বিভাজন সহ, যেমন অ্যানথ্রাসিন এবং এর ডেরিভেটিভস। সংবেদনশীল ট্রিপল-ট্রিপলেট ধ্বংসের প্রথম ধাপ হল সংবেদনকারী দ্বারা কম শক্তির ফোটনের শোষণ। সংবেদনশীল যন্ত্রটি ইন্টারসিস্টেম ক্রসিং (আই. এস. সি)-এর পরে তার প্রথম তিনগুণ উত্তেজিত অবস্থাকে (3সেন *) জনবহুল করে তোলে। সংবেদনকারীর উত্তেজনা শক্তি তারপর একটি ডেক্সটার টাইপ ট্রিপলেট এনার্জি ট্রান্সফার (টিইটি)-এর মাধ্যমে একটি গ্রাউন্ড স্টেট ইমিটারে স্থানান্তরিত হয়, যা একটি ট্রিপলেট উত্তেজিত ইমিটার (3ইএম *) তৈরি করে। দুটি ত্রিগুণ উত্তেজিত নির্গমনকারী তারপর একটি দ্বিতীয় শক্তি স্থানান্তর প্রক্রিয়ায় মিথস্ক্রিয়া করে, যা ত্রিগুণ-ত্রিগুণ অ্যানিহিলেশন (টিটিএ) নামে পরিচিত। টি. টি. এ-তে তিনগুণ শক্তি সংযুক্ত হয়ে একটি নির্গমনকারীকে তার উত্তেজিত একক অবস্থায় (1ই. এম *) এবং অন্য নির্গমনকারীকে তার স্থল অবস্থায় রেখে যায়। একক উত্তেজিত অবস্থা থেকে নির্গমনকারী একটি ফোটন নির্গমনের মাধ্যমে স্থল অবস্থায় ফিরে আসে। এইভাবে দুটি নিম্ন শক্তির ফোটন উচ্চতর শক্তির একটি ফোটনে রূপান্তরিত হয়। নীতিটি সাময়িকভাবে ফোটন শক্তি সঞ্চয় করার জন্য দীর্ঘস্থায়ী ত্রয়ী অবস্থার উপর নির্ভর করে। যেহেতু আণবিক অক্সিজেন কার্যকরীভাবে তিনগুণ অবস্থা প্রশমিত করে, তাই দক্ষতার সাথে কাজ করার জন্য নমুনাগুলি পুঙ্খানুপুঙ্খভাবে ক্ষয় করা বা আবদ্ধ করা গুরুত্বপূর্ণ। সংবেদনশীল ট্রিপল-ট্রিপলেট ধ্বংসের মাধ্যমে ফোটন আপকন্ভার্সন কম উত্তেজনার তীব্রতায়ও দক্ষ হওয়ার সুবিধা রয়েছে যা সৌর কোষের দক্ষতা বাড়ানোর জন্য সূর্যের আলোকে রূপান্তর করার জন্য সম্ভাব্যভাবে কার্যকর করে তোলে। যদিও ফোটন রূপান্তর প্রথম বাল্ক স্ফটিক এবং অপটিক্যাল ফাইবারে অধ্যয়ন করা হয়েছিল, এটি ন্যানোমেটারিয়ালগুলির বিকাশের সাথে আরও বেশি পরিচিত হয়ে ওঠে। ফোটন আপকনভার্শন বৈশিষ্ট্যযুক্ত ন্যানোস্ট্রাকচারগুলি বিভিন্ন উপায়ে প্রয়োগ করার কারণে এটি ঘটেছিল। এই নতুন শ্রেণীর উপকরণগুলিকে বিস্তৃতভাবে আপকনভার্টিং ন্যানো পার্টিকেলস বা ইউসিএনপি হিসাবে উল্লেখ করা যেতে পারে। ল্যান্থানাইড-ডোপড ন্যানো পার্টিকেলস ল্যান্থানাইড-ডোপড ন্যানো পার্টিকেলস 1990-এর দশকের শেষের দিকে ন্যানোটেকনোলজির উপর ক্রমবর্ধমান ফোকাসের কারণে আবির্ভূত হয়েছিল। যদিও তাদের আলোকীয় রূপান্তরগুলি মূলত বাল্ক উপকরণগুলির সাথে সাদৃশ্যপূর্ণ, তবে পৃষ্ঠের পরিবর্তনের জন্য উপযুক্ত ন্যানোস্ট্রাকচারের ফলে উন্নত বা নতুন বৈশিষ্ট্য দেখা যায়। এছাড়াও, ছোট আকারের কণাগুলি জৈবিক প্রয়োগের জন্য আণবিক ফ্লুরোফোরের বিকল্প হিসাবে তাদের ব্যবহারের অনুমতি দেয়। তাদের অনন্য আলোকীয় বৈশিষ্ট্য, যেমন বড় স্টোকস শিফট এবং পলক ফেলার অভাব, তাদের একক-অণু ট্র্যাকিং এবং গভীর টিস্যু ইমেজিং সহ চ্যালেঞ্জিং কাজে প্রচলিত লুমিনেসেন্ট প্রোবের প্রতিদ্বন্দ্বী হতে সক্ষম করেছে। বায়োইমেজিং-এর ক্ষেত্রে, যেহেতু ল্যান্থানাইড-ডোপড ন্যানো পার্টিকেলগুলি নিকট-ইনফ্রারেড আলো দিয়ে উত্তেজিত হতে পারে, তাই তারা জৈবিক নমুনার অটোফ্লোরেসেন্স হ্রাস করতে পারে এবং এইভাবে চিত্রের বৈপরীত্য উন্নত করতে পারে। ল্যান্থানাইড-ডোপড ন্যানো পার্টিকেলগুলি একটি স্বচ্ছ উপাদানের ন্যানোক্রিস্টাল (প্রায়শই ফ্লোরাইড NaYF4, NaGdF4, LiYF4, YF3, CaF2 বা অক্সাইড যেমন Gd2O3) ল্যান্থানাইড আয়নগুলির সাথে ডোপ করা হয়। ফোটন আপকনভার্শনে ব্যবহৃত সবচেয়ে সাধারণ ল্যান্থানাইড আয়নগুলি হল জোড়া এরবিয়াম-ইটারবিয়াম (এর3 +, ওয়াইবি3 +) বা থুলিয়াম-ইটারবিয়াম (টিএম3 +, ওয়াইবি3 +)। এই ধরনের সংমিশ্রণে ইটারবিয়াম আয়নগুলি অ্যান্টেনা হিসাবে যোগ করা হয়, প্রায় 980 এনএম-এ আলো শোষণ করতে এবং এটিকে আপকনভার্টার আয়নে স্থানান্তর করতে। যদি এই আয়নটি এরবিয়াম হয়, তবে একটি বৈশিষ্ট্যযুক্ত সবুজ এবং লাল নির্গমন লক্ষ্য করা যায়, যখন আপকনভার্টার আয়নটি থুলিয়াম হয়, নির্গমনের মধ্যে অতিবেগুনী, নীল এবং লাল আলো অন্তর্ভুক্ত থাকে। এই ন্যানোমেটারিয়ালগুলির আশাব্যঞ্জক দিকগুলি সত্ত্বেও, একটি জরুরি কাজ যা উপাদান রসায়নবিদদের মুখোমুখি করে তা হল টিউনেবল নির্গমনের সাথে ন্যানো পার্টিকেলগুলির সংশ্লেষণ, যা মাল্টিপ্লেক্সড ইমেজিং এবং সেন্সিংয়ের প্রয়োগের জন্য প্রয়োজনীয়। একটি পুনরুত্পাদনযোগ্য, উচ্চ ফলনশীল সিন্থেটিক পথের বিকাশ যা বিরল আর্থ হ্যালাইড ন্যানোপার্টিকালগুলির নিয়ন্ত্রিত বৃদ্ধির অনুমতি দেয় যা বিভিন্ন জৈব প্রয়োগে আপকনভার্সন ন্যানোপার্টিকালগুলির বিকাশ এবং বাণিজ্যিকীকরণকে সক্ষম করেছে। এই দিকের সাম্প্রতিক অগ্রগতির মধ্যে রয়েছে কাঠামোগত ন্যানোক্রিস্টাল স্ফটিকের সংশ্লেষণ, যেমন একটি কোর/শেল কাঠামো সহ কণা, যা ইন্টারফেসিয়াল এনার্জি ট্রান্সফারের (আই. ই. টি) মাধ্যমে উন্নতিকরণের অনুমতি দেয়। সেমিকন্ডাক্টর ন্যানো পার্টিকেলস সেমিকন্ডাক্টর ন্যানো পার্টিকেলস বা কোয়ান্টাম ডটগুলি প্রায়শই দুই-ফোটন শোষণ প্রক্রিয়া অনুসরণ করে উত্তেজনার চেয়ে ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো নির্গত করে, ফোটন আপকনভার্সন নয়। যাইহোক, সম্প্রতি আণবিক নির্গমনকারীগুলির সাথে সংবেদনশীল হিসাবে সি. ডি. এস. ই, পি. বি. এস এবং পি. বি. এস-এর মতো অর্ধপরিবাহী ন্যানো কণাগুলির ব্যবহার ট্রিপল-ট্রিপলেট ধ্বংসের মাধ্যমে ফোটন উত্থানের জন্য একটি নতুন কৌশল হিসাবে দেখানো হয়েছে। এগুলি 980 এনএম ইনফ্রারেড আলোকে 600 এনএম দৃশ্যমান আলোতে রূপান্তরিত করতে ব্যবহৃত হয়েছে; সবুজ আলোকে নীল আলোতে এবং নীল আলোকে অতিবেগুনীতে রূপান্তরিত করা হয়েছে। এই কৌশলটি একটি খুব উচ্চ রূপান্তর ক্ষমতা থেকে উপকৃত হয়। বিশেষত, এই উপকরণগুলি সূর্যালোকের ইনফ্রারেড অঞ্চলটিকে বিদ্যুতে ধারণ করতে এবং ফটোভোলটাইক সৌর কোষের দক্ষতা বাড়াতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ভিভোতে ডিফারেনশিয়াল ক্যান্সার বায়োইমেজিং-এর জন্য আপকনভার্সন ন্যানোক্যাপসুলগুলি কাঙ্ক্ষিত ক্লিনিকাল ফলাফল প্রদানের লক্ষ্যে সময়োপযোগী ক্যান্সার চিকিত্সার জন্য টিউমার ম্যালিগন্যান্সির প্রাথমিক নির্ণয় অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ঐতিহ্যবাহী ফ্লুরোসেন্স-ভিত্তিক ইমেজিং দুর্ভাগ্যবশত নিম্ন টিস্যু অনুপ্রবেশ এবং ব্যাকগ্রাউন্ড অটোফ্লোরোসেন্সের মতো চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। আপকনভার্সন (ইউসি)-ভিত্তিক বায়োইমেজিং এই সীমাবদ্ধতাগুলি অতিক্রম করতে পারে কারণ তাদের উত্তেজনা কম ফ্রিকোয়েন্সিতে এবং উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে নির্গমন ঘটে। Kwon এবং অন্যান্য। বহুবিধ কার্যকরী সিলিকা-ভিত্তিক ন্যানোক্যাপসুল তৈরি করা হয়েছে, যা দুটি স্বতন্ত্র ট্রিপল-ট্রিপলেট অ্যানিহিলেশন ইউসি ক্রোমোফোর জুটিকে আবদ্ধ করার জন্য সংশ্লেষিত করা হয়েছে। প্রতিটি ন্যানোক্যাপসুল লাল আলোর উত্তেজনার পরে নীল বা সবুজ বিভিন্ন রঙ নির্গত করে। এই ন্যানোক্যাপসুলগুলি যথাক্রমে স্তন বা কোলন ক্যান্সার কোষগুলিকে নির্বাচিতভাবে লক্ষ্য করার জন্য অ্যান্টিবডি বা পেপটাইডের সাথে আরও সংযুক্ত করা হয়েছিল। ইন ভিট্রো এবং ইন ভিভো উভয় পরীক্ষামূলক ফলাফলই একক তরঙ্গদৈর্ঘ্য উত্তেজনা থেকে ক্যান্সার-নির্দিষ্ট এবং ডিফারেনশিয়াল-রঙের ইমেজিংয়ের পাশাপাশি বর্ধিত ব্যাপ্তিযোগ্যতা এবং ধরে রাখার প্রভাবের কারণে লক্ষ্যযুক্ত টিউমার সাইটগুলিতে অনেক বেশি সঞ্চয় প্রদর্শন করেছে। এই পদ্ধতিটি বিভিন্ন টিউমার-নির্দিষ্ট, রঙ-কোডিং পরিস্থিতির জন্য বিভিন্ন ক্রোমোফোর জোড়া হোস্ট করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে এবং ভিন্নধর্মী টিউমার মাইক্রোএনভায়রনমেন্টের মধ্যে বিস্তৃত ক্যান্সারের ধরণের নির্ণয়ের জন্য নিযুক্ত করা যেতে পারে। আরও দেখুন স্বতঃস্ফূর্ত প্যারামেট্রিক ডাউন-কনভার্শন রেফারেন্স হালকা কোয়ান্টাম অপটিক্স