A Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem (USTC) XUE Tian professzor és MA Yuqian professzor vezette kutatócsoportja több kutatócsoporttal együttműködve sikeresen lehetővé tette az emberi közeli infravörös (NIR) téridőbeli színlátást upkonverziós kontaktlencsék (UCL) segítségével. A tanulmány a Cell magazin online kiadásában jelent meg 2025. május 22-én (EST), és a ... sajtóközleményében is szerepelt.Cell Press.
A természetben az elektromágneses hullámok széles hullámhossz-tartományt ölelnek fel, de az emberi szem csak egy keskeny részét, a látható fényt érzékeli, így a spektrum vörös végén túli NIR-fény láthatatlan számunkra.
1. ábra. Elektromágneses hullámok és a látható fény spektruma (Kép XUE professzor csapatától)
2019-ben XUE Tian professzor, MA Yuqian és HAN Gang vezette csapata áttörést ért el azáltal, hogy upkonverziós nanorészecskéket injektáltak állatok retinájába, lehetővé téve ezzel az első szabad szemmel történő közeli infravörös képalkotási képességet emlősöknél. Azonban az intravitreális injekció korlátozott alkalmazhatósága miatt az emberi szemekben a technológia fő kihívása a közeli infravörös fény emberi érzékelésének lehetővé tétele nem invazív eszközökkel.
A polimer kompozitokból készült lágy, átlátszó kontaktlencsék viselhető megoldást kínálnak, de az UCL-ek fejlesztése két fő kihívással néz szembe: a hatékony upkonverziós képesség elérése, amelyhez nagy upkonverziós nanorészecskék (UCNP-k) adalékolása szükséges, valamint a nagyfokú átlátszóság fenntartása. A nanorészecskék polimerekbe való beépítése azonban megváltoztatja azok optikai tulajdonságait, ami megnehezíti a magas koncentráció és az optikai tisztaság egyensúlyban tartását.
Az UCNP-k felületmódosításával és a törésmutatóval illesztett polimer anyagok szűrésével a kutatók olyan UCL-eket fejlesztettek ki, amelyek 7–9%-os UCNP-integrációt értek el, miközben a látható spektrumban több mint 90%-os átlátszóságot tartottak fenn. Továbbá az UCL-ek kielégítő optikai teljesítményt, hidrofilitást és biokompatibilitást mutattak, a kísérleti eredmények azt mutatták, hogy mind az egérmodellek, mind az emberi viselőik nemcsak a közeli infravörös fényt tudták érzékelni, hanem annak időbeli frekvenciáit is meg tudták különböztetni.
Még lenyűgözőbb, hogy a kutatócsoport egy viselhető szemüvegrendszert tervezett, amely integrálva van az UCL-ekkel, és optimalizálta az optikai képalkotást, hogy leküzdje azt a korlátozást, hogy a hagyományos UCL-ek csak a NIR-képek durva érzékelését biztosítják a felhasználóknak. Ez a fejlesztés lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a NIR-képeket a látható fény látásához hasonló térbeli felbontással érzékeljék, lehetővé téve a komplex NIR-minták pontosabb felismerését.
A természetes környezetben széles körben elterjedt multispektrális NIR-fény kezelésének elősegítése érdekében a kutatók a hagyományos UCNP-ket trikromatikus UCNP-kre cserélték, hogy trikromatikus felkonverziós kontaktlencséket (tUCL) fejlesszenek ki, amelyek lehetővé tették a felhasználók számára, hogy három különböző NIR-hullámhosszt különböztessenek meg, és szélesebb NIR-színspektrumot érzékeljenek. A szín-, idő- és térbeli információk integrálásával a tUCL-ek lehetővé tették a többdimenziós NIR-kódolású adatok pontos felismerését, javítva a spektrális szelektivitást és az interferencia-ellenállást.
2. ábra. Különböző mintázatok (szimulált fényvisszaverő tükrök eltérő visszaverődési spektrumokkal) színmegjelenése látható és közeli infravörös megvilágításban, a tUCL-ekkel integrált viselhető szemüvegrendszeren keresztül nézve. (Kép XUE professzor csapatától)
3. ábra. Az UCL-ek lehetővé teszik az emberi érzékelést a közeli infravörös fényben időbeli, térbeli és kromatikus dimenziókban. (Kép XUE professzor csapatától)
Ez a tanulmány, amely egy viselhető megoldást mutatott be az emberek közeli infravörös látására UCL-ek segítségével, koncepcióbizonyítást nyújtott a közeli infravörös színlátásra, és ígéretes alkalmazási lehetőségeket nyitott a biztonság, a hamisítás elleni küzdelem és a színlátási hiányosságok kezelésében.
Papír link:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Írta: XU Yehong, SHEN Xinyi, szerkesztette: ZHAO Zheqian)
Közzététel ideje: 2025. június 7.