Isang research team na pinamumunuan nina Prof. XUE Tian at Prof. MA Yuqian mula sa University of Science and Technology of China (USTC), sa pakikipagtulungan sa maraming grupo ng pananaliksik, ay matagumpay na na-enable ang human near-infrared (NIR) spatiotemporal color vision sa pamamagitan ng upconversion contact lenses (UCLs). Na-publish ang pag-aaral online sa Cell noong Mayo 22, 2025 (EST), at itinampok sa isang News release niCell Press.
Sa likas na katangian, ang mga electromagnetic wave ay sumasaklaw sa isang malawak na hanay ng mga wavelength, ngunit ang mata ng tao ay maaari lamang makaramdam ng isang makitid na bahagi na kilala bilang nakikitang liwanag, na ginagawang ang liwanag ng NIR na lampas sa pulang dulo ng spectrum ay hindi natin nakikita.
Fig1. Mga electromagnetic wave at visible light spectrum (Larawan mula sa koponan ni Prof. XUE)
Noong 2019, nakamit ng isang team na pinamumunuan ni Prof. XUE Tian, MA Yuqian, at HAN Gang ang isang pambihirang tagumpay sa pamamagitan ng pag-inject ng upconversion na mga nanomaterial sa mga retina ng mga hayop, na nagbibigay-daan sa kauna-unahang naked-eye NIR image vision capability sa mga mammal. Gayunpaman, dahil sa limitadong kakayahang magamit ng intravitreal injection sa mga tao, ang pangunahing hamon para sa teknolohiyang ito ay nakasalalay sa pagpapagana ng pang-unawa ng tao sa liwanag ng NIR sa pamamagitan ng hindi nagsasalakay na paraan.
Ang malambot na transparent na mga contact lens na gawa sa polymer composites ay nagbibigay ng naisusuot na solusyon, ngunit ang pagbuo ng mga UCL ay nahaharap sa dalawang pangunahing hamon: pagkamit ng mahusay na upconversion na kakayahan, na nangangailangan ng mataas na upconversion nanoparticles (UCNPs) doping, at pagpapanatili ng mataas na transparency. Gayunpaman, ang pagsasama ng mga nanoparticle sa mga polimer ay nagbabago sa kanilang mga optical na katangian, na ginagawang mahirap na balansehin ang mataas na konsentrasyon na may optical na kalinawan.
Sa pamamagitan ng pagbabago sa ibabaw ng mga UCNP at pag-screen ng mga refractive-index-matched na polymeric na materyales, ang mga mananaliksik ay nakabuo ng mga UCL na nakakamit ang 7-9% na pagsasama ng UCNP habang pinapanatili ang higit sa 90% na transparency sa nakikitang spectrum. Higit pa rito, ang mga UCL ay nagpakita ng kasiya-siyang pagganap ng optical, hydrophilicity, at biocompatibility, na may mga pang-eksperimentong resulta na nagpapakita na ang parehong mga modelo ng murine at mga nagsusuot ng tao ay hindi lamang nakakakita ng ilaw ng NIR ngunit naiba din ang mga temporal na dalas nito.
Higit pang kahanga-hanga, ang research team ay nagdisenyo ng wearable eyeglass system na isinama sa mga UCL at naka-optimize na optical imaging upang malampasan ang limitasyon na ang mga conventional UCLs ay nagbibigay lamang sa mga user ng isang magaspang na perception ng NIR images. Ang pagsulong na ito ay nagbibigay-daan sa mga user na makita ang mga imahe ng NIR na may spatial na resolusyon na maihahambing sa nakikitang liwanag na paningin, na nagbibigay-daan para sa mas tumpak na pagkilala sa mga kumplikadong pattern ng NIR.
Upang higit na makayanan ang malawakang presensya ng multispectral NIR light sa mga natural na kapaligiran, pinalitan ng mga mananaliksik ang mga tradisyonal na UCNP ng mga trichromatic na UCNP upang bumuo ng mga trichromatic upconversion contact lens (tUCLs), na nagbigay-daan sa mga user na makilala ang tatlong natatanging wavelength ng NIR at makakita ng mas malawak na spectrum ng kulay ng NIR. Sa pamamagitan ng pagsasama ng kulay, temporal, at spatial na impormasyon, pinapayagan ng mga tUCL ang tumpak na pagkilala sa multi-dimensional na NIR-encoded na data, na nag-aalok ng pinahusay na spectral selectivity at mga kakayahan sa anti-interference.
Fig2. Ang hitsura ng kulay ng iba't ibang pattern (simulate reflective mirrors na may iba't ibang reflection spectra) sa ilalim ng visible at NIR illumination, gaya ng tinitingnan sa pamamagitan ng wearable eyeglass system na isinama sa mga tUCL. (Larawan mula sa koponan ni Prof. XUE)
Fig3. Ang mga UCL ay nagbibigay-daan sa perception ng tao sa NIR light sa temporal, spatial, at chromatic na dimensyon. (Larawan mula sa koponan ni Prof. XUE)
Ang pag-aaral na ito, na nagpakita ng naisusuot na solusyon para sa NIR vision sa mga tao sa pamamagitan ng mga UCL, ay nagbigay ng patunay ng konsepto para sa NIR color vision at nagbukas ng mga promising application sa seguridad, anti-counterfeiting, at paggamot ng mga kakulangan sa color vision.
Link ng papel:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Isinulat ni XU Yehong, SHEN Xinyi, Na-edit ni ZHAO Zheqian)
Oras ng post: Hun-07-2025