Kinijos mokslo ir technologijų universiteto (USTC) prof. XUE Tiano ir prof. MA Yuqiano vadovaujama tyrimų komanda, bendradarbiaudama su keliomis tyrimų grupėmis, sėkmingai įgalino žmogaus artimojo infraraudonojo spektro (NIR) erdvinį ir laikinį spalvų matymą, naudodama konversijos kontaktinius lęšius (UCL). Tyrimas buvo paskelbtas internete žurnale „Cell“ 2025 m. gegužės 22 d. (EST) ir buvo pristatytas pranešime spaudai.Ląstelių spauda.
Gamtoje elektromagnetinės bangos apima platų bangos ilgių diapazoną, tačiau žmogaus akis gali suvokti tik siaurą jos dalį, vadinamą matoma šviesa, todėl artimojo infraraudonojo spektro šviesa už raudonojo spektro galo mums nematoma.
1 pav. Elektromagnetinės bangos ir matomos šviesos spektras (prof. XUE komandos nuotrauka)
2019 m. prof. XUE Tiano, MA Yuqiano ir HAN Gango vadovaujama komanda pasiekė proveržį suleisdama į gyvūnų tinklaines konversijos nanomedžiagas, kurios pirmą kartą žinduoliams suteikė galimybę plika akimi matyti artimojo infraraudonojo spinduliavimo vaizdą. Tačiau dėl riboto intravitrealinio injekcijos pritaikomumo žmonėms pagrindinis šios technologijos iššūkis yra sudaryti sąlygas žmonėms neinvazinėmis priemonėmis suvokti artimojo infraraudonojo spinduliavimo šviesą.
Minkšti skaidrūs kontaktiniai lęšiai, pagaminti iš polimerinių kompozitų, yra nešiojamas sprendimas, tačiau kuriant UCL susiduriama su dviem pagrindiniais iššūkiais: pasiekti efektyvią konversijos didinimo galimybę, kuriai reikalingos didelės konversijos nanodalelės (UCNP), ir išlaikyti didelį skaidrumą. Tačiau nanodalelių įterpimas į polimerus keičia jų optines savybes, todėl sunku subalansuoti didelę koncentraciją ir optinį skaidrumą.
Modifikuodami UCNP paviršių ir ieškodami pagal lūžio rodiklį suderintų polimerinių medžiagų, tyrėjai sukūrė UCL, pasiekiančius 7–9 % UCNP integraciją, tuo pačiu išlaikant daugiau nei 90 % skaidrumą matomoje spektro dalyje. Be to, UCL pasižymėjo patenkinamomis optinėmis savybėmis, hidrofiliškumu ir biologiniu suderinamumu, o eksperimentiniai rezultatai parodė, kad tiek pelių modeliai, tiek žmonės nešiojantys lęšius galėjo ne tik aptikti artimojo infraraudonojo spinduliavimo šviesą, bet ir diferencijuoti jos laikinius dažnius.
Dar įspūdingiau yra tai, kad tyrėjų komanda sukūrė nešiojamų akinių sistemą, integruotą su išoriniais lęšiais (UCL), ir optimizavo optinį vaizdavimą, kad įveiktų apribojimą, jog įprasti UCL vartotojams suteikia tik apytikslį artimojo infraraudonojo spinduliavimo vaizdų suvokimą. Šis patobulinimas leidžia vartotojams suvokti artimojo infraraudonojo spinduliavimo vaizdus erdvine skiriamąja geba, panašia į matomos šviesos regėjimą, todėl galima tiksliau atpažinti sudėtingus artimojo infraraudonojo spinduliavimo modelius.
Siekdami geriau susidoroti su plačiai paplitusiu daugiaspektriniu artimojo infraraudonojo spinduliavimo spinduliuote natūralioje aplinkoje, tyrėjai tradicinius UCNP lęšius pakeitė trichromatiniais UCNP lęšiais, kad sukurtų trichromatinius aukštynkonversijos kontaktinius lęšius (tUCL), kurie leido vartotojams atskirti tris skirtingus artimojo infraraudonojo spinduliavimo bangos ilgius ir suvokti platesnį artimojo infraraudonojo spinduliavimo spalvų spektrą. Integruodami spalvų, laiko ir erdvės informaciją, tUCL leido tiksliai atpažinti daugiamačius artimojo infraraudonojo spinduliavimo būdu užkoduotus duomenis, pagerindami spektrinį selektyvumą ir apsaugą nuo trukdžių.
2 pav. Įvairių raštų (imituotų atspindinčių veidrodžių su skirtingais atspindžio spektrais) spalvų vaizdas matomoje ir artimoje infraraudonųjų spindulių šviesoje, žiūrint pro nešiojamų akinių sistemą, integruotą su tUCL. (Prof. XUE komandos nuotrauka)
3 pav. UCL leidžia žmogui suvokti artimojo infraraudonojo spektro šviesą laiko, erdvės ir chromatine dimensijomis. (Prof. XUE komandos nuotrauka)
Šis tyrimas, kuriame pademonstruotas nešiojamas sprendimas artimojo infraraudonųjų spindulių (NIR) regėjimui žmonėms per UCL, pateikė NIR spalvų matymo koncepcijos įrodymą ir atvėrė perspektyvias taikymo sritis saugumo, kovos su padirbinėjimu ir spalvų matymo sutrikimų gydymo srityse.
Nuoroda į popierių:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Parašė XU Yehong, SHEN Xinyi, redagavo ZHAO Zheqian)
Įrašo laikas: 2025 m. birželio 7 d.