Rannsóknarteymi undir forystu prófessor XUE Tian og prófessor MA Yuqian frá vísinda- og tækniháskóla Kína (USTC), í samstarfi við marga rannsóknarhópa, hefur tekist að gera kleift að sjá liti í rúm- og tímaskyni í nær-innrauðri geislun (NIR) með uppsnúnum snertilinsum (UCL). Rannsóknin var birt á netinu í Cell þann 22. maí 2025 (EST) og fjallaði um hana í fréttatilkynningu fráCell Press.
Í náttúrunni spanna rafsegulbylgjur breitt bylgjulengdarsvið, en mannsaugað getur aðeins skynjað þröngan hluta sem kallast sýnilegt ljós, sem gerir NIR-ljós handan rauða enda litrófsins ósýnilegt fyrir okkur.
Mynd 1. Rafsegulbylgjur og sýnilegt ljósróf (Mynd frá teymi prófessors XUE)
Árið 2019 náði teymi undir forystu prófessoranna XUE Tian, MA Yuqian og HAN Gang byltingu með því að sprauta uppbreyttum nanóefnum í sjónhimnu dýra, sem gerði kleift að sjá NIR-ljós með berum augum í fyrstu tilraun spendýra. Hins vegar, vegna takmarkaðs notagildis inndælingar í glerhlaup hjá mönnum, liggur helsta áskorunin fyrir þessa tækni í því að gera mönnum kleift að skynja NIR-ljós án þess að skaða þá.
Mjúkar gegnsæjar snertilinsur úr fjölliðasamsettum efnum bjóða upp á lausn sem hægt er að bera á sér, en þróun UCL stendur frammi fyrir tveimur megináskorunum: að ná skilvirkri uppbreytingargetu, sem krefst mikillar uppbreytingar í nanóögnum (UCNP), og að viðhalda mikilli gegnsæi. Hins vegar breytir innlimun nanóagna í fjölliður ljósfræðilegum eiginleikum þeirra, sem gerir það erfitt að finna jafnvægi á milli mikils styrks og ljósfræðilegs skýrleika.
Með yfirborðsbreytingum á UCNP-próteinum og skimun á fjölliðuefnum með samsvarandi ljósbrotsstuðli þróuðu vísindamenn UCL-prótein sem náðu 7–9% UCNP-samþættingu en viðhéldu yfir 90% gegnsæi í sýnilega litrófinu. Ennfremur sýndu UCL-prótein fullnægjandi sjónræna frammistöðu, vatnssækni og lífsamhæfni, og tilraunaniðurstöður sýndu að bæði músalíkön og menn gátu ekki aðeins greint NIR-ljós heldur einnig aðgreint tímatíðni þess.
Enn fremur var áhrifamikið að rannsóknarteymið hannaði gleraugnakerfi sem hægt er að bera á sér, samþætt við UCL-gleraugu og fínstillti sjónræna myndgreiningu til að vinna bug á þeirri takmörkun að hefðbundnar UCL-gleraugu veita notendum aðeins grófa skynjun á NIR-myndum. Þessi framþróun gerir notendum kleift að skynja NIR-myndir með rúmfræðilegri upplausn sem er sambærileg við sýnilegt ljós, sem gerir kleift að greina flókin NIR-mynstur nákvæmari.
Til að takast betur á við útbreidda nærveru fjölrófs NIR ljóss í náttúrulegu umhverfi, skiptu vísindamenn út hefðbundnum UCNPs fyrir þrílita UCNPs til að þróa þrílita uppbreytingarlinsur (tUCLs), sem gerðu notendum kleift að greina á milli þriggja aðskildra NIR bylgjulengda og skynja breiðara NIR litróf. Með því að samþætta lit-, tíma- og rúmfræðilegar upplýsingar gerðu tUCL kleift að greina nákvæmlega fjölvíddar NIR-kóðaðar upplýsingar, sem býður upp á betri litrófssértækni og truflunarvarnareiginleika.
Mynd 2. Litaútlit ýmissa mynstra (hermir eftir endurskinsspeglum með mismunandi endurskinsrófum) undir sýnilegri og NIR-lýsingu, eins og sést í gegnum gleraugnakerfi sem er samþætt tUCL-gleraugum. (Mynd frá teymi prófessors XUE)
Mynd 3. UCL-ljós gera mönnum kleift að skynja NIR-ljós í tíma-, rúm- og litavíddum. (Mynd frá teymi prófessors XUE)
Þessi rannsókn, sem sýndi fram á lausn sem hægt er að bera á sér fyrir NIR-sjón hjá mönnum með UCL-tækjum, veitti sönnun á hugmyndinni um NIR-litasjón og opnaði fyrir efnilegar notkunarmöguleika í öryggi, varnir gegn fölsunum og meðferð á litasjónargalla.
Tengill á pappír:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Skrifað af XU Yehong, SHEN Xinyi, ritstýrt af ZHAO Zheqian)
Birtingartími: 7. júní 2025