Zespół badawczy pod kierownictwem prof. XUE Tian i prof. MA Yuqian z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (USTC), we współpracy z wieloma grupami badawczymi, z powodzeniem umożliwił ludzkiemu widzeniu przestrzenno-czasowemu w bliskiej podczerwieni (NIR) za pomocą soczewek kontaktowych z konwersją (UCL). Badanie zostało opublikowane online w czasopiśmie Cell 22 maja 2025 r. (EST) i zaprezentowane w komunikacie prasowym.Prasa komórkowa.
W naturze fale elektromagnetyczne obejmują szeroki zakres długości fal, ale ludzkie oko jest w stanie dostrzec tylko ich wąską część, znaną jako światło widzialne, w związku z czym światło bliskiej podczerwieni (NIR) spoza czerwonego końca widma jest dla nas niewidoczne.
Rys. 1. Fale elektromagnetyczne i widmo światła widzialnego (Grafika zespołu prof. XUE)
W 2019 roku zespół kierowany przez prof. XUE Tiana, MA Yuqiana i HAN Ganga dokonał przełomu, wstrzykując nanomateriały do siatkówki zwierząt, umożliwiając ssakom po raz pierwszy w historii widzenie w bliskiej podczerwieni gołym okiem. Jednak ze względu na ograniczone możliwości zastosowania iniekcji doszklistkowych u ludzi, kluczowym wyzwaniem dla tej technologii jest umożliwienie ludziom percepcji światła bliskiej podczerwieni metodami nieinwazyjnymi.
Miękkie, przezroczyste soczewki kontaktowe wykonane z kompozytów polimerowych stanowią praktyczne rozwiązanie, jednak opracowywanie soczewek kontaktowych o wysokiej przezroczystości (UCNP) wiąże się z dwoma głównymi wyzwaniami: osiągnięciem efektywnej zdolności konwersji, która wymaga domieszkowania nanocząstkami o wysokiej konwersji (UCNP), oraz utrzymaniem wysokiej przezroczystości. Jednak włączenie nanocząstek do polimerów zmienia ich właściwości optyczne, co utrudnia znalezienie równowagi między wysokim stężeniem a przejrzystością optyczną.
Dzięki modyfikacji powierzchni nanocząsteczek UCNP i badaniu materiałów polimerowych o dopasowanym współczynniku załamania światła, naukowcy opracowali nanocząsteczki UCL, które osiągnęły 7–9% integracji nanocząsteczek UCNP, zachowując jednocześnie ponad 90% przezroczystości w zakresie widzialnym. Co więcej, nanocząsteczki UCL wykazały zadowalające parametry optyczne, hydrofilowość i biozgodność, a wyniki eksperymentów wykazały, że zarówno modele mysie, jak i ludzie noszący nanocząsteczki mogli nie tylko wykrywać światło bliskiej podczerwieni (NIR), ale także różnicować jego częstotliwości czasowe.
Co bardziej imponujące, zespół badawczy zaprojektował przenośny system okularów zintegrowany z okularami UCL i zoptymalizowanym obrazowaniem optycznym, aby pokonać ograniczenie wynikające z faktu, że konwencjonalne okulary UCL zapewniają użytkownikom jedynie zgrubną percepcję obrazów NIR. Ten postęp umożliwia użytkownikom postrzeganie obrazów NIR z rozdzielczością przestrzenną porównywalną z widzeniem w świetle widzialnym, co pozwala na dokładniejsze rozpoznawanie złożonych wzorców NIR.
Aby lepiej poradzić sobie z powszechną obecnością wielospektralnego światła bliskiej podczerwieni (NIR) w środowisku naturalnym, naukowcy zastąpili tradycyjne soczewki UCNP trójchromatycznymi soczewkami UCNP, aby opracować trójchromatyczne soczewki kontaktowe z konwersją w górę (tUCL), które umożliwiły użytkownikom rozróżnianie trzech różnych długości fal NIR i postrzeganie szerszego spektrum kolorów NIR. Dzięki integracji informacji o kolorze, czasie i przestrzeni, soczewki tUCL umożliwiły precyzyjne rozpoznawanie wielowymiarowych danych zakodowanych w NIR, oferując lepszą selektywność widmową i właściwości antyinterferencyjne.
Rys. 2. Wygląd kolorów różnych wzorów (symulowanych luster odblaskowych o różnych widmach odbicia) w oświetleniu widzialnym i bliskiej podczerwieni, widziany przez system okularów noszonych zintegrowany z tUCL. (Zdjęcie autorstwa zespołu prof. XUE)
Rys. 3. UCL umożliwiają człowiekowi percepcję światła bliskiej podczerwieni w wymiarze czasowym, przestrzennym i chromatycznym. (Zdjęcie autorstwa zespołu prof. XUE)
Badanie, w którym zaprezentowano rozwiązanie umożliwiające ludziom widzenie w bliskiej podczerwieni za pomocą UCL, stanowiło dowód słuszności koncepcji widzenia kolorów w bliskiej podczerwieni i otworzyło obiecujące możliwości zastosowań w zakresie bezpieczeństwa, zapobiegania fałszerstwom i leczenia zaburzeń widzenia kolorów.
Link do artykułu:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Napisane przez XU Yehong, SHEN Xinyi, pod redakcją ZHAO Zheqian)
Czas publikacji: 07-06-2025