Изследователски екип, ръководен от проф. Сюе Тиен и проф. Ма Юкиан от Китайския университет за наука и технологии (USTC), в сътрудничество с множество изследователски групи, успешно е активирал човешкото пространствено-времево цветно зрение в близката инфрачервена (NIR) област чрез контактни лещи с повишена конверсия (UCL). Проучването е публикувано онлайн в Cell на 22 май 2025 г. (EST) и е представено в прессъобщение от...Клетъчна преса.
В природата електромагнитните вълни обхващат широк диапазон от дължини на вълните, но човешкото око може да възприеме само тясна част, известна като видима светлина, което прави NIR светлината отвъд червения край на спектъра невидима за нас.
Фиг. 1. Електромагнитни вълни и спектър на видимата светлина (Изображение от екипа на проф. XUE)
През 2019 г. екип, ръководен от проф. XUE Tian, MA Yuqian и HAN Gang, постигна пробив чрез инжектиране на наноматериали с upconversion в ретините на животни, което позволи първата по рода си възможност за виждане на NIR изображение с невъоръжено око при бозайници. Поради ограничената приложимост на интравитреалното инжектиране при хора обаче, ключовото предизвикателство пред тази технология е да се даде възможност на човека да възприема NIR светлината чрез неинвазивни средства.
Меките прозрачни контактни лещи, изработени от полимерни композити, осигуряват носимо решение, но разработването на UCL е изправено пред две основни предизвикателства: постигане на ефективна способност за преобразуване нагоре по веригата, което изисква допиране с наночастици с висока степен на преобразуване нагоре по веригата (UCNP), и поддържане на висока прозрачност. Включването на наночастици в полимерите обаче променя техните оптични свойства, което затруднява балансирането между висока концентрация и оптична яснота.
Чрез повърхностна модификация на UCNP и скрининг на полимерни материали, съответстващи на коефициента на пречупване, изследователите разработиха UCL, постигащи 7–9% интеграция на UCNP, като същевременно поддържат над 90% прозрачност във видимия спектър. Освен това, UCL демонстрираха задоволителни оптични характеристики, хидрофилност и биосъвместимост, като експерименталните резултати показват, че както миши модели, така и хора, носещи тези частици, могат не само да откриват NIR светлина, но и да диференцират нейните времеви честоти.
По-впечатляващо е, че изследователският екип е проектирал система за носене на очила, интегрирана с UCL (усилени коаксиални лещи) и оптимизира оптичното изобразяване, за да преодолее ограничението, че конвенционалните UCL предоставят на потребителите само грубо възприятие на NIR изображения. Това подобрение позволява на потребителите да възприемат NIR изображения с пространствена резолюция, сравнима с тази на видимата светлина, което позволява по-точно разпознаване на сложни NIR модели.
За да се справят по-добре с широко разпространеното присъствие на мултиспектрална NIR светлина в естествена среда, изследователите замениха традиционните UCNP с трихроматични UCNP, за да разработят трихроматични контактни лещи с преобразуване нагоре (tUCL), които позволиха на потребителите да различават три различни NIR дължини на вълните и да възприемат по-широк NIR цветен спектър. Чрез интегриране на цветова, времева и пространствена информация, tUCL позволиха прецизно разпознаване на многоизмерни NIR-кодирани данни, предлагайки подобрена спектрална селективност и възможности за борба с интерференцията.
Фиг. 2. Цветовият вид на различни модели (симулирани отразяващи огледала с различни спектри на отражение) при видимо и ближно инфрачервено осветление, наблюдавани през система за носене на очила, интегрирана с tUCL. (Изображение от екипа на проф. XUE)
Фиг. 3. UCL позволяват на човека да възприема NIR светлината във времеви, пространствени и хроматични измерения. (Изображение от екипа на проф. XUE)
Това проучване, което демонстрира носимо решение за NIR зрение при хора чрез UCL (Undercover Lights - ултраконцентрични лазерни лещи), предостави доказателство за концепцията за NIR цветно зрение и откри обещаващи приложения в сигурността, борбата с фалшифицирането и лечението на нарушения в цветното зрение.
Линк към документа:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Написано от XU Yehong, SHEN Xinyi, редактирано от ZHAO Zheqian)
Време на публикуване: 07 юни 2025 г.