Ķīnas Zinātnes un tehnoloģiju universitātes (USTC) profesora Sjue Tiaņa un profesora MA Jučiana vadītā pētniecības komanda sadarbībā ar vairākām pētniecības grupām ir veiksmīgi iespējojusi cilvēka tuvā infrasarkanā (NIR) telpiski laikveida krāsu redzi, izmantojot augšupkonversijas kontaktlēcas (UCL). Pētījums tika publicēts tiešsaistē žurnālā Cell 2025. gada 22. maijā (pēc Austrumu standarta laika), un tas tika atspoguļots preses relīzē.Šūnu prese.
Dabā elektromagnētiskie viļņi aptver plašu viļņu garumu diapazonu, bet cilvēka acs var uztvert tikai šauru daļu, kas pazīstama kā redzamā gaisma, padarot NIR gaismu ārpus spektra sarkanā gala mums neredzamu.
1. attēls. Elektromagnētiskie viļņi un redzamās gaismas spektrs (attēls no profesora Sjue komandas)
2019. gadā profesora Sjue Tiaņa, MA Jučiana un Hana Ganga vadītā komanda panāca izrāvienu, injicējot dzīvnieku tīklenē augšupkonversijas nanomateriālus, tādējādi pirmo reizi zīdītājiem nodrošinot NIR attēla redzes spēju ar neapbruņotu aci. Tomēr, ņemot vērā intravitreālas injekcijas ierobežoto piemērojamību cilvēkiem, šīs tehnoloģijas galvenais izaicinājums ir nodrošināt cilvēkiem NIR gaismas uztveri, izmantojot neinvazīvus līdzekļus.
Mīkstas, caurspīdīgas kontaktlēcas, kas izgatavotas no polimēru kompozītmateriāliem, nodrošina valkājamu risinājumu, taču UCL izstrāde saskaras ar diviem galvenajiem izaicinājumiem: efektīvas augšupkonversijas spējas sasniegšana, kam nepieciešama augstas augšupkonversijas nanodaļiņu (UCNP) dopings, un augstas caurspīdības saglabāšana. Tomēr nanodaļiņu iekļaušana polimēros maina to optiskās īpašības, apgrūtinot augstas koncentrācijas un optiskās skaidrības līdzsvaru.
Veicot UCNP virsmas modifikāciju un skrīningu ar refrakcijas indeksu saskaņotiem polimēru materiāliem, pētnieki izstrādāja UCL, kas sasniedza 7–9% UCNP integrāciju, vienlaikus saglabājot vairāk nekā 90% caurspīdīgumu redzamajā spektrā. Turklāt UCL uzrādīja apmierinošu optisko veiktspēju, hidrofilitāti un bioloģisko saderību, un eksperimentālie rezultāti parādīja, ka gan peļu modeļi, gan cilvēku valkātāji varēja ne tikai noteikt tuvā infrasarkanā starojuma gaismu, bet arī diferencēt tās laika frekvences.
Vēl iespaidīgāk ir tas, ka pētnieku komanda izstrādāja valkājamu briļļu sistēmu, kas integrēta ar UCL, un optimizēja optisko attēlveidošanu, lai pārvarētu ierobežojumu, ka parastās UCL nodrošina lietotājiem tikai aptuvenu NIR attēlu uztveri. Šis uzlabojums ļauj lietotājiem uztvert NIR attēlus ar telpisko izšķirtspēju, kas ir salīdzināma ar redzamās gaismas redzi, ļaujot precīzāk atpazīt sarežģītus NIR modeļus.
Lai labāk tiktu galā ar plaši izplatīto multispektrālo NIR gaismu dabiskajā vidē, pētnieki aizstāja tradicionālās UCNP lēcas ar trihromatiskajām UCNP lēcām, lai izstrādātu trihromatiskas augšupkonversijas kontaktlēcas (tUCL), kas ļāva lietotājiem atšķirt trīs atšķirīgus NIR viļņu garumus un uztvert plašāku NIR krāsu spektru. Integrējot krāsu, laika un telpisko informāciju, tUCL ļāva precīzi atpazīt daudzdimensionālus NIR kodētus datus, piedāvājot uzlabotu spektrālo selektivitāti un traucējumu novēršanas iespējas.
2. attēls. Dažādu rakstu (simulētu atstarojošu spoguļu ar dažādiem atstarošanas spektriem) krāsu izskats redzamā un tuvā infrasarkanā apgaismojumā, skatoties caur valkājamu briļļu sistēmu, kas integrēta ar tUCL. (Attēls no profesora XUE komandas)
3. attēls. UCL ļauj cilvēkam uztvert tuvā infrasarkanā starojuma (NIR) gaismu laika, telpas un hromatiskajā dimensijā. (Attēls no profesora Sjue (XUE) komandas)
Šis pētījums, kurā tika demonstrēts valkājams risinājums NIR redzei cilvēkiem, izmantojot UCL, sniedza NIR krāsu redzes koncepcijas pierādījumu un pavēra daudzsološus pielietojumus drošības, viltošanas apkarošanas un krāsu redzes trūkumu ārstēšanas jomā.
Papīra saite:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Rakstīja XU Yehong, SHEN Xinyi, rediģēja ZHAO Zheqian)
Publicēšanas laiks: 2025. gada 7. jūnijs