'n Navorsingspan onder leiding van prof. XUE Tian en prof. MA Yuqian van die Universiteit van Wetenskap en Tegnologie van China (USTC), in samewerking met verskeie navorsingsgroepe, het suksesvol menslike nabye-infrarooi (NIR) ruimtelike-temporale kleurvisie deur middel van opwaartse kontaklense (UCL's) moontlik gemaak. Die studie is aanlyn in Cell gepubliseer op 22 Mei 2025 (EST), en is in 'n nuusverklaring deur ... gepubliseer.Selpers.
In die natuur strek elektromagnetiese golwe oor 'n wye reeks golflengtes, maar die menslike oog kan slegs 'n nou gedeelte waarneem, bekend as sigbare lig, wat NIR-lig buite die rooi kant van die spektrum vir ons onsigbaar maak.
Fig1. Elektromagnetiese golwe en sigbare ligspektrum (Beeld van Prof. XUE se span)
In 2019 het 'n span onder leiding van prof. XUE Tian, MA Yuqian, en HAN Gang 'n deurbraak behaal deur opwaartse nanomateriale in die retinas van diere in te spuit, wat die eerste NIR-beeldvisievermoë met die blote oog in soogdiere moontlik gemaak het. As gevolg van die beperkte toepaslikheid van intravitreale inspuiting in mense, lê die grootste uitdaging vir hierdie tegnologie egter daarin om menslike persepsie van NIR-lig deur nie-indringende metodes moontlik te maak.
Sagte deursigtige kontaklense gemaak van polimeer-komposiete bied 'n draagbare oplossing, maar die ontwikkeling van UCL's staar twee hoofuitdagings in die gesig: die bereiking van doeltreffende opwaartse omskakelingsvermoë, wat doping met hoë opwaartse omskakelingsnanopartikels (UCNP's) vereis, en die handhawing van hoë deursigtigheid. Die inkorporering van nanopartikels in polimere verander egter hul optiese eienskappe, wat dit moeilik maak om hoë konsentrasie met optiese helderheid te balanseer.
Deur oppervlakmodifikasie van UCNP's en sifting van polimeermateriale met 'n brekingsindeks wat ooreenstem, het navorsers UCL's ontwikkel wat 'n UCNP-integrasie van 7–9% behaal terwyl meer as 90% deursigtigheid in die sigbare spektrum gehandhaaf word. Verder het UCL's bevredigende optiese werkverrigting, hidrofilisiteit en bioversoenbaarheid getoon, met eksperimentele resultate wat toon dat beide muismodelle en menslike draers nie net NIR-lig kon opspoor nie, maar ook die temporale frekwensies daarvan kon onderskei.
Nog indrukwekkender is dat die navorsingspan 'n draagbare brilstelsel ontwerp het wat met UCL's geïntegreer is en optiese beeldvorming geoptimaliseer het om die beperking te oorkom dat konvensionele UCL's gebruikers slegs 'n growwe persepsie van NIR-beelde bied. Hierdie vooruitgang stel gebruikers in staat om NIR-beelde met ruimtelike resolusie vergelykbaar met sigbare ligvisie waar te neem, wat meer akkurate herkenning van komplekse NIR-patrone moontlik maak.
Om die wydverspreide teenwoordigheid van multispektrale NIR-lig in natuurlike omgewings verder die hoof te bied, het navorsers tradisionele UCNP's met trichromatiese UCNP's vervang om trichromatiese opomskakelingskontaklense (tUCL's) te ontwikkel, wat gebruikers in staat gestel het om drie verskillende NIR-golflengtes te onderskei en 'n breër NIR-kleurspektrum waar te neem. Deur kleur-, temporale en ruimtelike inligting te integreer, het tUCL's die presiese herkenning van multidimensionele NIR-geënkodeerde data moontlik gemaak, wat verbeterde spektrale selektiwiteit en anti-interferensievermoëns bied.
Fig2. Die kleurvoorkoms van verskeie patrone (gesimuleerde reflektiewe spieëls met verskillende refleksiespektra) onder sigbare en NIR-beligting, soos gesien deur die draagbare brilstelsel wat met tUCL's geïntegreer is. (Beeld van Prof. XUE se span)
Fig3. UCL's maak menslike persepsie van NIR-lig in temporale, ruimtelike en chromatiese dimensies moontlik. (Beeld van Prof. XUE se span)
Hierdie studie, wat 'n draagbare oplossing vir NIR-visie in mense deur middel van UCL's gedemonstreer het, het 'n bewys van konsep vir NIR-kleurvisie verskaf en belowende toepassings in sekuriteit, anti-vervalsing en die behandeling van kleurvisie-tekorte oopgemaak.
Papier skakel:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Geskryf deur XU Yehong, SHEN Xinyi, geredigeer deur ZHAO Zheqian)
Plasingstyd: 7 Junie 2025