Дослідницька група під керівництвом професора Сюе Тяня та професора М.А. Юйцяня з Китайського університету науки і технологій (USTC) у співпраці з кількома дослідницькими групами успішно забезпечила людині просторово-часовий кольоровий зір у ближньому інфрачервоному (NIR) діапазоні за допомогою контактних лінз з підвищенням конверсії (UCL). Дослідження було опубліковано онлайн у Cell 22 травня 2025 року (за східним часом) та представлено у прес-релізі.Клітинна преса.
У природі електромагнітні хвилі охоплюють широкий діапазон довжин хвиль, але людське око може сприймати лише вузьку частину, відому як видиме світло, що робить ближнє інфрачервоне світло за межами червоного кінця спектру невидимим для нас.
Рис.1. Електромагнітні хвилі та спектр видимого світла (зображення від команди професора СЮЕ)
У 2019 році команда під керівництвом професора Сюе Тяня, М.А. Юйцяня та ХАН Ганга досягла прориву, вводячи наноматеріали з апконверсією в сітківку ока тварин, що дозволило ссавцям вперше отримати зображення в ближньому інфрачервоному діапазоні неозброєним оком. Однак, через обмежену застосовність інтравітреальних ін'єкцій у людей, ключовим завданням цієї технології є забезпечення можливості сприйняття людиною ближнього інфрачервоного світла неінвазивними засобами.
М'які прозорі контактні лінзи, виготовлені з полімерних композитів, є зручним рішенням для носіння, але розробка UCL стикається з двома основними проблемами: досягненням ефективної здатності до апконверсії, що вимагає легування наночастинками з високою апконверсією (UCNP), та підтримкою високої прозорості. Однак включення наночастинок у полімери змінює їхні оптичні властивості, що ускладнює балансування високої концентрації з оптичною чіткістю.
Завдяки модифікації поверхні UCNP та скринінгу полімерних матеріалів, що відповідають показнику заломлення, дослідники розробили UCL, що досягли 7–9% інтеграції UCNP, зберігаючи при цьому понад 90% прозорості у видимому спектрі. Крім того, UCL продемонстрували задовільні оптичні характеристики, гідрофільність та біосумісність, а експериментальні результати показали, що як мишачі моделі, так і люди, які носіїв, могли не тільки виявляти світло в ближньому інфрачервоному діапазоні, але й розрізняти його часові частоти.
Що ще більш вражаюче, дослідницька група розробила систему окулярів, що носиться, інтегровану з ультразвуковими конструкціями (UCL) та оптимізовану оптичну візуалізацію, щоб подолати обмеження, яке полягає в тому, що звичайні UCL забезпечують користувачам лише грубе сприйняття зображень у ближньому інфрачервоному діапазоні (NIR). Це досягнення дозволяє користувачам сприймати зображення ближнього інфрачервоного діапазону з просторовою роздільною здатністю, порівнянною зі зором видимого світла, що дозволяє точніше розпізнавати складні NIR-візерунки.
Щоб краще впоратися з широким поширенням мультиспектрального ближнього інфрачервоного світла в природному середовищі, дослідники замінили традиційні ультракороткозорі наночастинки (UCNP) трихроматичними UCNP для розробки трихроматичних контактних лінз з підвищенням перетворення (tUCL), які дозволили користувачам розрізняти три різні довжини хвиль ближнього інфрачервоного випромінювання та сприймати ширший колірний спектр ближнього інфрачервоного випромінювання. Інтегруючи колірну, часову та просторову інформацію, tUCL дозволили точно розпізнавати багатовимірні дані, закодовані в ближньому інфрачервоному випромінюванні, пропонуючи покращену спектральну селективність та можливості захисту від перешкод.
Рис. 2. Зображення кольору різних візерунків (імітованих відбивних дзеркал з різними спектрами відбиття) під впливом видимого та ближнього інфрачервоного освітлення, що спостерігається через систему окулярів, що носиться, інтегровану з tUCL. (Зображення від команди професора СЮЕ)
Рис.3. UCL дозволяють людині сприймати світло ближнього інфрачервоного діапазону (NIR) у часовому, просторовому та хроматичному вимірах. (Зображення від команди професора XUE)
Це дослідження, яке продемонструвало носиме рішення для зору в ближньому інфрачервоному діапазоні (БІЧ) у людей за допомогою ультрациліндричних світлодіодних ламп (UCL), забезпечило підтвердження концепції кольорового зору в ближньому інфрачервоному діапазоні та відкрило перспективні застосування в безпеці, боротьбі з підробками та лікуванні порушень кольорового зору.
Посилання на папір:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Автор: Сюй Єхонг, ШЕНЬ Сіньї, редакція ЧЖАО Чжецянь)
Час публікації: 07 червня 2025 р.