O echipă de cercetare condusă de prof. XUE Tian și prof. MA Yuqian de la Universitatea de Știință și Tehnologie din China (USTC), în colaborare cu mai multe grupuri de cercetare, a reușit să permită vederea spatiotemporală a culorilor în infraroșu apropiat (NIR) umană prin intermediul lentilelor de contact cu conversie ascendentă (UCL). Studiul a fost publicat online în Cell pe 22 mai 2025 (EST) și a fost prezentat într-un comunicat de presă de laPresă celulară.
În natură, undele electromagnetice acoperă o gamă largă de lungimi de undă, dar ochiul uman poate percepe doar o porțiune îngustă, cunoscută sub numele de lumină vizibilă, ceea ce face ca lumina NIR dincolo de capătul roșu al spectrului să fie invizibilă pentru noi.
Fig1. Unde electromagnetice și spectrul luminii vizibile (Imagine de la echipa profesorului XUE)
În 2019, o echipă condusă de prof. XUE Tian, MA Yuqian și HAN Gang a realizat un progres prin injectarea de nanomateriale cu conversie ascendentă în retinele animalelor, permițând prima capacitate de vedere NIR cu ochiul liber la mamifere. Cu toate acestea, din cauza aplicabilității limitate a injectării intravitroase la oameni, principala provocare pentru această tehnologie constă în permiterea percepției umane a luminii NIR prin mijloace neinvazive.
Lentilele de contact moi transparente, fabricate din compozite polimerice, oferă o soluție ușor de purtat, însă dezvoltarea UCL-urilor se confruntă cu două provocări principale: obținerea unei capacități eficiente de conversie ascendentă, care necesită doparea cu nanoparticule cu conversie ascendentă ridicată (UCNP), și menținerea unei transparențe ridicate. Cu toate acestea, încorporarea nanoparticulelor în polimeri modifică proprietățile lor optice, ceea ce face dificilă echilibrarea concentrației ridicate cu claritatea optică.
Prin modificarea suprafeței nanoparticulelor de unică folosință (UCNP) și prin screening-ul materialelor polimerice cu indice de refracție potrivit, cercetătorii au dezvoltat UCL-uri care au obținut o integrare a UCNP de 7-9%, menținând în același timp o transparență de peste 90% în spectrul vizibil. În plus, UCL-urile au demonstrat performanțe optice satisfăcătoare, hidrofilicitate și biocompatibilitate, rezultatele experimentale arătând că atât modelele murine, cât și purtătorii umani au putut nu numai detecta lumina NIR, ci și diferenția frecvențele sale temporale.
Mai impresionant este faptul că echipa de cercetare a conceput un sistem de ochelari portabili integrat cu UCL-uri și imagistică optică optimizată pentru a depăși limitarea faptului că UCL-urile convenționale oferă utilizatorilor doar o percepție grosieră a imaginilor NIR. Această îmbunătățire permite utilizatorilor să perceapă imagini NIR cu o rezoluție spațială comparabilă cu vederea în lumină vizibilă, permițând o recunoaștere mai precisă a modelelor NIR complexe.
Pentru a face față prezenței pe scară largă a luminii NIR multispectrale în mediile naturale, cercetătorii au înlocuit UCNP-urile tradiționale cu UCNP-uri tricromatice pentru a dezvolta lentile de contact tricromatice cu conversie ascendentă (tUCL), care au permis utilizatorilor să distingă trei lungimi de undă NIR distincte și să perceapă un spectru de culori NIR mai larg. Prin integrarea informațiilor de culoare, temporale și spațiale, tUCL-urile au permis recunoașterea precisă a datelor codificate NIR multidimensional, oferind o selectivitate spectrală îmbunătățită și capacități anti-interferențe.
Fig2. Aspectul culorii diferitelor modele (oglinzi reflectorizante simulate cu spectre de reflexie diferite) sub iluminare vizibilă și NIR, așa cum este văzută prin sistemul de ochelari portabili integrat cu tUCL-uri. (Imagine de la echipa Prof. XUE)
Fig3. UCL-urile permit percepția umană a luminii NIR în dimensiuni temporale, spațiale și cromatice. (Imagine de la echipa Prof. XUE)
Acest studiu, care a demonstrat o soluție portabilă pentru vederea NIR la oameni prin UCL-uri, a oferit o dovadă a conceptului pentru vederea cromatică NIR și a deschis aplicații promițătoare în securitate, combaterea contrafacerii și tratamentul deficiențelor de vedere cromatică.
Legătură către lucrare:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Scris de XU Yehong, SHEN Xinyi, editat de ZHAO Zheqian)
Data publicării: 07 iunie 2025