Un equipo de investigación dirixido polos profesores XUE Tian e MA Yuqian da Universidade de Ciencia e Tecnoloxía da China (USTC), en colaboración con varios grupos de investigación, conseguiu a visión espacial e temporal da cor no infravermello próximo (NIR) humano mediante lentes de contacto de conversión ascendente (UCL). O estudo publicouse en liña en Cell o 22 de maio de 2025 (EST) e apareceu nun comunicado de prensa dePrensa celular.
Na natureza, as ondas electromagnéticas abarcan unha ampla gama de lonxitudes de onda, pero o ollo humano só pode percibir unha estreita porción coñecida como luz visible, o que fai que a luz NIR máis alá do extremo vermello do espectro sexa invisible para nós.
Fig. 1. Ondas electromagnéticas e espectro de luz visible (Imaxe do equipo do profesor XUE)
En 2019, un equipo dirixido polos profesores XUE Tian, MA Yuqian e HAN Gang logrou un gran avance ao inxectar nanomateriais de conversión ascendente nas retinas de animais, o que permitiu a primeira capacidade de visión de imaxes NIR a simple vista en mamíferos. Non obstante, debido á aplicabilidade limitada da inxección intravítrea en humanos, o principal desafío para esta tecnoloxía reside en permitir a percepción humana da luz NIR a través de medios non invasivos.
As lentes de contacto transparentes brandas feitas de compostos poliméricos proporcionan unha solución que se pode levar posto, pero o desenvolvemento de UCL enfróntase a dous desafíos principais: lograr unha capacidade de conversión ascendente eficiente, que require un dopado con nanopartículas de alta conversión ascendente (UCNP), e manter unha alta transparencia. Non obstante, a incorporación de nanopartículas en polímeros altera as súas propiedades ópticas, o que dificulta o equilibro da alta concentración coa claridade óptica.
Mediante a modificación superficial das nanopartículas de células unidas (UCNP) e a selección de materiais poliméricos con índice de refracción coincidente, os investigadores desenvolveron UCL que acadaron unha integración de UCNP do 7 ao 9 %, mantendo ao mesmo tempo unha transparencia superior ao 90 % no espectro visible. Ademais, as UCL demostraron un rendemento óptico, hidrofilicidade e biocompatibilidade satisfactorios, e os resultados experimentais amosaron que tanto os modelos murinos como os usuarios humanos non só podían detectar a luz NIR, senón tamén diferenciar as súas frecuencias temporais.
O máis impresionante é que o equipo de investigación deseñou un sistema de lentes portátiles integrado con UCL e imaxes ópticas optimizadas para superar a limitación de que as UCL convencionais só proporcionan aos usuarios unha percepción aproximada das imaxes NIR. Este avance permite aos usuarios percibir imaxes NIR cunha resolución espacial comparable á visión por luz visible, o que permite un recoñecemento máis preciso de patróns NIR complexos.
Para facer fronte á presenza xeneralizada de luz NIR multiespectral en contornas naturais, os investigadores substituíron as UCNP tradicionais por UCNP tricromáticas para desenvolver lentes de contacto de conversión ascendente tricromáticas (tUCL), que permitiron aos usuarios distinguir tres lonxitudes de onda NIR distintas e percibir un espectro de cores NIR máis amplo. Ao integrar información de cor, temporal e espacial, as tUCL permitiron o recoñecemento preciso de datos codificados en NIR multidimensionais, ofrecendo unha selectividade espectral e capacidades antiinterferencia melloradas.
Fig. 2. A aparencia da cor de varios patróns (espellos reflectantes simulados con diferentes espectros de reflexión) baixo iluminación visible e NIR, vistas a través do sistema de lentes portátiles integrado con tUCL. (Imaxe do equipo do profesor XUE)
Fig. 3. As UCL permiten a percepción humana da luz NIR en dimensións temporais, espaciais e cromáticas. (Imaxe do equipo do profesor XUE)
Este estudo, que demostrou unha solución portátil para a visión NIR en humanos a través de UCL, proporcionou unha proba de concepto para a visión da cor NIR e abriu aplicacións prometedoras en seguridade, loita contra a falsificación e o tratamento de deficiencias na visión da cor.
Ligazón ao documento:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Escrito por XU Yehong, SHEN Xinyi, editado por ZHAO Zheqian)
Data de publicación: 07-06-2025