Raziskovalna skupina pod vodstvom prof. XUE Tiana in prof. MA Yuqiana z Univerze za znanost in tehnologijo Kitajske (USTC) je v sodelovanju z več raziskovalnimi skupinami uspešno omogočila človeški prostorsko-časovni barvni vid v bližnjem infrardečem (NIR) območju s pomočjo kontaktnih leč z zvišano konverzijo (UCL). Študija je bila objavljena na spletu v reviji Cell 22. maja 2025 (EST) in predstavljena v sporočilu za javnost.Cell Press.
V naravi elektromagnetni valovi segajo v širok razpon valovnih dolžin, vendar človeško oko lahko zazna le ozek del, znan kot vidna svetloba, zaradi česar je svetloba NIR onkraj rdečega konca spektra za nas nevidna.
Slika 1. Elektromagnetni valovi in spekter vidne svetlobe (slika ekipe prof. XUE)
Leta 2019 je ekipa pod vodstvom prof. XUE Tiana, MA Yuqiana in HAN Ganga dosegla preboj z vbrizgavanjem nanomaterialov z upkonverzijo v mrežnice živali, kar je omogočilo prvo zmožnost vida slike NIR s prostim očesom pri sesalcih. Vendar pa je zaradi omejene uporabnosti intravitrealnega injiciranja pri ljudeh ključni izziv za to tehnologijo omogočiti človeku zaznavanje svetlobe NIR z neinvazivnimi sredstvi.
Mehke prozorne kontaktne leče iz polimernih kompozitov ponujajo nosljivo rešitev, vendar se razvoj UCL sooča z dvema glavnima izzivoma: doseganjem učinkovite zmogljivosti pretvorbe navzgor, kar zahteva dopiranje z nanodelci z visoko stopnjo pretvorbe navzgor (UCNP), in ohranjanjem visoke prosojnosti. Vendar pa vključitev nanodelcev v polimere spremeni njihove optične lastnosti, zaradi česar je težko uravnotežiti visoko koncentracijo z optično jasnostjo.
Z modifikacijo površine UCNP in presejanjem polimernih materialov z usklajenim lomnim količnikom so raziskovalci razvili UCL-je, ki dosegajo 7–9 % integracijo UCNP, hkrati pa ohranjajo več kot 90 % prosojnost v vidnem spektru. Poleg tega so UCL-ji pokazali zadovoljivo optično zmogljivost, hidrofilnost in biokompatibilnost, eksperimentalni rezultati pa kažejo, da tako mišji modeli kot ljudje, ki jih nosijo, ne le zaznavajo svetlobo NIR, temveč tudi razlikujejo njene časovne frekvence.
Še bolj impresivno je, da je raziskovalna skupina zasnovala sistem nosljivih očal, integriran z UCL-ji, in optimizirala optično slikanje, da bi premagala omejitev, da običajni UCL-ji uporabnikom zagotavljajo le grobo zaznavanje slik v bližnji infrardeči svetlobi. Ta napredek uporabnikom omogoča zaznavanje slik v bližnji infrardeči svetlobi s prostorsko ločljivostjo, primerljivo z vidno svetlobo, kar omogoča natančnejše prepoznavanje kompleksnih vzorcev v bližnji infrardeči svetlobi.
Da bi se še bolj spopadli s široko razširjeno prisotnostjo multispektralne svetlobe NIR v naravnem okolju, so raziskovalci tradicionalne UCNP zamenjali s trikromatskimi UCNP, da bi razvili trikromatske kontaktne leče z zvišano konverzijo (tUCL), ki so uporabnikom omogočile razlikovanje med tremi različnimi valovnimi dolžinami NIR in zaznavanje širšega barvnega spektra NIR. Z integracijo barvnih, časovnih in prostorskih informacij so tUCL omogočile natančno prepoznavanje večdimenzionalnih podatkov, kodiranih v NIR, ter ponudile izboljšano spektralno selektivnost in zmogljivosti preprečevanja motenj.
Slika 2. Barvni videz različnih vzorcev (simuliranih odsevnih ogledal z različnimi odbojnimi spektri) pri vidni in bližnji infrardeči osvetlitvi, gledano skozi sistem nosljivih očal, integriran s tUCL-ji. (Slika ekipe prof. XUE)
Slika 3. UCL-ji omogočajo človeku zaznavanje svetlobe NIR v časovni, prostorski in kromatični dimenziji. (Slika ekipe prof. XUE)
Ta študija, ki je predstavila nosljivo rešitev za NIR vid pri ljudeh s pomočjo UCL-jev, je zagotovila dokaz koncepta za NIR barvni vid in odprla obetavne aplikacije na področju varnosti, preprečevanja ponarejanja in zdravljenja pomanjkljivosti barvnega vida.
Povezava do članka:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Napisala XU Yehong, SHEN Xinyi, uredil ZHAO Zheqian)
Čas objave: 7. junij 2025