Даследчая група пад кіраўніцтвам прафесара Сюэ Цяня і прафесара М.А. Юйцяня з Кітайскага ўніверсітэта навукі і тэхналогій (USTC) сумесна з некалькімі даследчымі групамі паспяхова дасягнула магчымасці атрымання чалавека прасторава-часавага каляровага зроку ў блізкім інфрачырвоным (NIR) дыяпазоне з дапамогай кантактных лінзаў з павышэннем канверсіі (UCL). Даследаванне было апублікавана ў Інтэрнэце ў часопісе Cell 22 мая 2025 г. (EST) і прадстаўлена ў прэс-рэлізе.Cell Press.
У прыродзе электрамагнітныя хвалі ахопліваюць шырокі дыяпазон даўжынь хваль, але чалавечае вока можа ўспрымаць толькі вузкую частку, вядомую як бачнае святло, што робіць бліжні інфрачырвоны дыяпазон за межамі чырвонага канца спектру нябачным для нас.
Мал. 1. Электрамагнітныя хвалі і спектр бачнага святла (малюнак каманды прафесара Сюэ)
У 2019 годзе каманда пад кіраўніцтвам прафесараў Сюэ Цяня, М.А. Юйцяня і ХАН Ганга дасягнула прарыву, увёўшы ў сятчатку вока жывёл нанаматэрыялы з апканверсіяй, што дазволіла млекакормячым упершыню атрымаць магчымасць бачыць выявы ў бліжнім інфрачырвоным дыяпазоне няўзброеным вокам. Аднак з-за абмежаванай прыдатнасці інтравітрэальных ін'екцый людзям ключавая праблема гэтай тэхналогіі заключаецца ў тым, каб дазволіць чалавеку ўспрымаць святло бліжэйшага інфрачырвонага дыяпазону неінвазіўнымі сродкамі.
Мяккія празрыстыя кантактныя лінзы з палімерных кампазітаў забяспечваюць зручнае рашэнне для нашэння, але распрацоўка UCL сутыкаецца з двума асноўнымі праблемамі: дасягненнем эфектыўнай магчымасці апканверсіі, якая патрабуе легіравання наначасціцамі з высокай апканверсіяй (UCNP), і падтрыманнем высокай празрыстасці. Аднак уключэнне наначасціц у палімеры змяняе іх аптычныя ўласцівасці, што ўскладняе балансаванне высокай канцэнтрацыі з аптычнай чысцінёй.
Дзякуючы мадыфікацыі паверхні UCNP і скрынінгу палімерных матэрыялаў з адпаведным паказчыкам праламлення, даследчыкі распрацавалі UCL, якія дасягнулі 7-9% інтэграцыі UCNP, захоўваючы пры гэтым больш за 90% празрыстасці ў бачным спектры. Акрамя таго, UCL прадэманстравалі здавальняючыя аптычныя характарыстыкі, гідрафільнасць і біясумяшчальнасць, прычым эксперыментальныя вынікі паказалі, што як мышыныя мадэлі, так і людзі, якія носяць іх, маглі не толькі выяўляць святло ў бліжнім інфрачырвоным дыяпазоне, але і адрозніваць яго часавыя частоты.
Больш уражвае тое, што даследчая група распрацавала сістэму акуляраў, якія можна носіцца, інтэграваную з UCL, і аптымізаваную аптычную візуалізацыю, каб пераадолець абмежаванне, якое заключаецца ў тым, што звычайныя UCL забяспечваюць карыстальнікам толькі грубае ўспрыманне малюнкаў у бліжнім інфрачырвоным дыяпазоне. Гэта ўдасканаленне дазваляе карыстальнікам успрымаць выявы ў бліжнім інфрачырвоным дыяпазоне з прасторавым разрозненнем, параўнальным са зрокам у бачным святле, што дазваляе больш дакладна распазнаваць складаныя ўзоры ў бліжнім інфрачырвоным дыяпазоне.
Каб яшчэ лепш справіцца з шырока распаўсюджанай прысутнасцю мультыспектральнага блізкага інфрачырвонага святла ў прыродным асяроддзі, даследчыкі замянілі традыцыйныя аднаслаёвыя нанапрамкі (UCNP) троххраматычнымі UCNP, каб распрацаваць троххраматычныя кантактныя лінзы з павышэннем канверсіі (tUCL), якія дазвалялі карыстальнікам адрозніваць тры розныя даўжыні хваль блізкага інфрачырвонага выпраменьвання і ўспрымаць больш шырокі каляровы спектр блізкага інфрачырвонага выпраменьвання. Інтэгруючы каляровую, часавую і прасторавую інфармацыю, tUCL дазвалялі дакладна распазнаваць шматмерныя дадзеныя, закадаваныя ў блізкага інфрачырвонага выпраменьвання, прапаноўваючы палепшаную спектральную селектыўнасць і магчымасці барацьбы з перашкодамі.
Мал. 2. Знешні выгляд колеру розных узораў (мадэляваных адбівальных люстэркаў з рознымі спектрамі адлюстравання) пры бачным і блізкім інфрачырвоным асвятленні, назіраны праз сістэму акуляраў, інтэграваную з tUCL. (Выява каманды прафесара СЮЭ)
Мал. 3. UCL дазваляюць чалавеку ўспрымаць святло блізкага інфрачырвонага дыяпазону ў часавым, прасторавым і храматычным вымярэннях. (Выява каманды прафесара Сюэ)
Гэта даследаванне, у якім прадэманстравана носное рашэнне для бліжэйшага інфрачырвонага зроку ў людзей з дапамогай ультрачыстых ліхтароў (UCL), пацвердзіла канцэпцыю каляровага зроку ў бліжэйшай інфрачырвонай вобласці і адкрыла перспектыўныя магчымасці прымянення ў галіне бяспекі, барацьбы з падробкамі і лячэння парушэнняў каляровага зроку.
Спасылка на паперу:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Аўтар: XU Yehong, SHEN Xinyi, пад рэдакцыяй ZHAO Zheqian)
Час публікацыі: 07 чэрвеня 2025 г.