Výzkumný tým vedený profesorem XUE Tianem a profesorem MA Yuqianem z Čínské univerzity vědy a techniky (USTC) ve spolupráci s několika výzkumnými skupinami úspěšně umožnil lidskému blízkému infračervenému (NIR) časoprostorovému barevnému vidění pomocí kontaktních čoček s upconverzí (UCL). Studie byla publikována online v časopise Cell 22. května 2025 (EST) a byla uvedena v tiskové zprávě...Cell Press.
V přírodě elektromagnetické vlny pokrývají široký rozsah vlnových délek, ale lidské oko dokáže vnímat pouze úzkou část známou jako viditelné světlo, takže světlo v blízké infračervené oblasti za červeným koncem spektra je pro nás neviditelné.
Obr. 1. Elektromagnetické vlny a spektrum viditelného světla (obrázek od týmu prof. XUE)
V roce 2019 dosáhl tým vedený profesorem XUE Tianem, MA Yuqianem a HAN Gangem průlomu vstřikováním upkonverzních nanomateriálů do sítnic zvířat, což umožnilo vůbec první možnost vidění obrazu v blízké infračervené oblasti pouhým okem u savců. Vzhledem k omezené použitelnosti intravitreální injekce u lidí však klíčovou výzvou pro tuto technologii je umožnit lidské vnímání světla v blízké infračervené oblasti neinvazivními prostředky.
Měkké průhledné kontaktní čočky vyrobené z polymerních kompozitů představují nositelné řešení, ale vývoj UCL čelí dvěma hlavním výzvám: dosažení efektivní schopnosti upkonverze, která vyžaduje dopování nanočásticemi s vysokou upkonverzí (UCNP), a udržení vysoké transparentnosti. Začlenění nanočástic do polymerů však mění jejich optické vlastnosti, což ztěžuje vyvážení vysoké koncentrace s optickou čistotou.
Prostřednictvím povrchové modifikace UCNP a screeningu polymerních materiálů s odpovídajícím indexem lomu vyvinuli vědci UCL (uhlíkové látkové filtry) dosahující 7–9% integrace UCNP při zachování více než 90% transparentnosti ve viditelném spektru. UCL dále prokázaly uspokojivý optický výkon, hydrofilnost a biokompatibilitu, přičemž experimentální výsledky ukázaly, že jak myší modely, tak i lidé, kteří je používají, dokázali nejen detekovat světlo v blízkosti infračerveného záření (NIR), ale také rozlišit jeho časové frekvence.
Ještě působivější je, že výzkumný tým navrhl systém nositelných brýlí integrovaný s UCL a optimalizoval optické zobrazování, aby překonal omezení, které spočívá v tom, že konvenční UCL poskytují uživatelům pouze hrubé vnímání obrazů v blízké infračervené oblasti (NIR). Tento pokrok umožňuje uživatelům vnímat obrazy v blízké infračervené oblasti s prostorovým rozlišením srovnatelným s viděním ve viditelném světle, což umožňuje přesnější rozpoznávání složitých NIR vzorů.
Aby se vědci lépe vyrovnali s rozsáhlým výskytem multispektrálního infračerveného světla v přírodním prostředí, nahradili tradiční UCNP trichromatickými UCNP a vyvinuli trichromatické kontaktní čočky s upkonverzí (tUCL). Tyto čočky uživatelům umožnily rozlišit tři odlišné vlnové délky NIR a vnímat širší barevné spektrum NIR. Integrací barevných, časových a prostorových informací umožnily tUCL přesné rozpoznávání vícerozměrných dat kódovaných v NIR a nabídly tak vylepšenou spektrální selektivitu a schopnosti potlačovat rušení.
Obr. 2. Barevný vzhled různých vzorů (simulovaných reflexních zrcadel s různými reflexními spektry) za viditelného a blízkého infračerveného osvětlení, pozorovaný skrze systém nositelných brýlí integrovaný s tUCL. (Obrázek od týmu prof. XUE)
Obr. 3. UCL umožňují lidské vnímání světla v blízké infračervené oblasti (NIR) v časové, prostorové a chromatické dimenzi. (Obrázek od týmu prof. XUE)
Tato studie, která demonstrovala nositelné řešení pro vidění v blízké infračervené oblasti (NIR) u lidí prostřednictvím UCL (uhlíkových lázní), poskytla důkaz konceptu pro barevné vidění v blízké infračervené oblasti a otevřela slibné aplikace v oblasti bezpečnosti, boje proti padělání a léčby poruch barevného vidění.
Odkaz na článek:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Napsal XU Yehong, SHEN Xinyi, editoval ZHAO Zheqian)
Čas zveřejnění: 7. června 2025