Hiina Teadus- ja Tehnoloogiaülikooli (USTC) professorite XUE Tiani ja professor MA Yuqiani juhitud uurimisrühm on koostöös mitme uurimisrühmaga edukalt võimaldanud inimestel näha lähiinfrapunakiirgust (NIR) läbivat aegruumilist värvinägemist üleskonversiooniga kontaktläätsede (UCL) abil. Uuring avaldati veebis ajakirjas Cell 22. mail 2025 (EST) ja seda kajastati pressiteates.Cell Press.
Looduses hõlmavad elektromagnetlained laia lainepikkuste vahemikku, kuid inimsilm suudab tajuda ainult kitsast osa sellest, mida nimetatakse nähtavaks valguseks, mistõttu on spektri punasest otsast kaugemal asuv NIR-valgus meile nähtamatu.
Joonis 1. Elektromagnetlained ja nähtava valguse spekter (pilt professor XUE meeskonnalt)
2019. aastal saavutas professor XUE Tiani, MA Yuqiani ja HAN Gangi juhitud meeskond läbimurde, süstides loomade võrkkestadesse üleskonversiooni nanomaterjale, mis võimaldas imetajatel esmakordselt palja silmaga lähiinfrapunavalguse (NIR) nägemisvõimet. Kuna aga klaaskehasisese süstimise rakendatavus inimestel on piiratud, seisneb selle tehnoloogia peamises väljakutses inimese NIR-valguse tajumise võimaldamine mitteinvasiivsete vahenditega.
Polümeerkomposiitidest valmistatud pehmed läbipaistvad kontaktläätsed pakuvad kantavat lahendust, kuid UCL-ide väljatöötamisel seisavad silmitsi kaks peamist väljakutset: tõhusa üleskonversioonivõime saavutamine, mis nõuab kõrge üleskonversiooniga nanoosakeste (UCNP) legeerimist, ja suure läbipaistvuse säilitamine. Nanoosakeste lisamine polümeeridesse muudab aga nende optilisi omadusi, mistõttu on raske tasakaalustada suurt kontsentratsiooni optilise selgusega.
UCNP-de pinna modifitseerimise ja murdumisnäitajaga sobitatud polümeersete materjalide skriinimise abil töötasid teadlased välja UCL-id, mis saavutasid 7–9% UCNP-de integreerimise, säilitades samal ajal nähtavas spektris üle 90% läbipaistvuse. Lisaks näitasid UCL-id rahuldavat optilist jõudlust, hüdrofiilsust ja biosobivust, kusjuures eksperimentaalsed tulemused näitasid, et nii hiiremudelid kui ka inimestest kandjad suutsid mitte ainult tuvastada lähiinfrapunavalgust, vaid ka eristada selle ajalisi sagedusi.
Veelgi muljetavaldavam on see, et uurimisrühm kavandas UCL-idega integreeritud kantava prillisüsteemi ja optimeeris optilise pildistamise, et ületada piirang, et tavapärased UCL-id pakuvad kasutajatele ainult NIR-piltide ligikaudset taju. See edasiminek võimaldab kasutajatel tajuda NIR-pilte nähtava valguse nägemisega võrreldava ruumilise eraldusvõimega, mis võimaldab keerukaid NIR-mustreid täpsemalt tuvastada.
Looduskeskkonnas laialt levinud multispektraalse NIR-valguse tõttu asendasid teadlased traditsioonilised UCNP-läätsed kolmevärviliste UCNP-läätsedega, et töötada välja kolmevärvilised üleskonversiooni kontaktläätsed (tUCL-id), mis võimaldasid kasutajatel eristada kolme erinevat NIR-lainepikkust ja tajuda laiemat NIR-värvispektrit. Värvi-, aja- ja ruumiteabe integreerimise abil võimaldasid tUCL-id mitmemõõtmeliste NIR-kodeeritud andmete täpset tuvastamist, pakkudes paremat spektraalset selektiivsust ja häiretevastast võimekust.
Joonis 2. Erinevate mustrite (erineva peegeldusspektriga simuleeritud peegeldavate peeglite) värvide ilmumine nähtava ja lähiinfrapunavalguse käes, vaadatuna läbi tUCL-idega integreeritud kantava prillisüsteemi. (Pilt professor XUE meeskonnalt)
Joonis 3. UCL-id võimaldavad inimesel tajuda lähiinfrapunavalgust ajalises, ruumilises ja kromaatilises dimensioonis. (Pilt professor XUE meeskonnalt)
See uuring, mis demonstreeris UCL-ide abil inimestel NIR-nägemise kantavat lahendust, andis NIR-värvinägemise kontseptsiooni tõestuse ja avas paljulubavaid rakendusi turvalisuse, võltsimisvastase võitluse ja värvinägemise puuduste ravi valdkonnas.
Paberkandjal link:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Kirjutanud XU Yehong, SHEN Xinyi, toimetanud ZHAO Zheqian)
Postituse aeg: 07.06.2025