Istraživački tim, predvođen prof. XUE Tianom i prof. MA Yuqianom sa Univerziteta nauke i tehnologije Kine (USTC), u saradnji s više istraživačkih grupa, uspješno je omogućio ljudski bliskoinfracrveni (NIR) prostorno-vremenski vid boja putem kontaktnih sočiva s upconversion tehnologijom (UCL). Studija je objavljena online u časopisu Cell 22. maja 2025. (EST) i predstavljena je u saopštenju za javnost od strane...Cell Press.
U prirodi, elektromagnetni talasi obuhvataju širok raspon talasnih dužina, ali ljudsko oko može da percipira samo uzak deo poznat kao vidljiva svetlost, što čini NIR svetlost izvan crvenog kraja spektra nevidljivom za nas.
Sl.1. Elektromagnetski valovi i spektar vidljive svjetlosti (Slika tima prof. XUE)
Tim predvođen prof. XUE Tianom, MA Yuqianom i HAN Gangom postigao je 2019. godine proboj ubrizgavanjem nanomaterijala za upkonverziju u mrežnjače životinja, omogućavajući prvu ikada viđenu mogućnost NIR vida golim okom kod sisara. Međutim, zbog ograničene primjenjivosti intravitrealne injekcije kod ljudi, ključni izazov za ovu tehnologiju leži u omogućavanju ljudske percepcije NIR svjetlosti neinvazivnim sredstvima.
Mekane prozirne kontaktne leće napravljene od polimernih kompozita pružaju rješenje za nošenje, ali razvoj UCL-a suočava se s dva glavna izazova: postizanjem efikasne sposobnosti konverzije nagore, što zahtijeva dopiranje nanočesticama s visokom konverzijom nagore (UCNP), i održavanjem visoke transparentnosti. Međutim, ugradnja nanočestica u polimere mijenja njihova optička svojstva, što otežava uravnoteženje visoke koncentracije s optičkom jasnoćom.
Modifikacijom površine UCNP-ova i probirom polimernih materijala usklađenih s indeksom prelamanja, istraživači su razvili UCL-ove koji postižu 7-9% integracije UCNP-a uz održavanje preko 90% transparentnosti u vidljivom spektru. Nadalje, UCL-ovi su pokazali zadovoljavajuće optičke performanse, hidrofilnost i biokompatibilnost, a eksperimentalni rezultati pokazuju da i mišji modeli i ljudi koji ih nose ne samo da mogu detektovati NIR svjetlost, već i razlikovati njene vremenske frekvencije.
Još impresivnije, istraživački tim je dizajnirao sistem naočala za nošenje integriran s UCL-ima i optimizirao optičko snimanje kako bi prevladao ograničenje da konvencionalni UCL-i korisnicima pružaju samo grubu percepciju NIR slika. Ovaj napredak omogućava korisnicima da percipiraju NIR slike s prostornom rezolucijom usporedivom s vidljivim svjetlom, što omogućava preciznije prepoznavanje složenih NIR obrazaca.
Kako bi se dodatno nosili sa široko rasprostranjenom prisutnošću multispektralne NIR svjetlosti u prirodnim okruženjima, istraživači su zamijenili tradicionalne UCNP-ove trihromatskim UCNP-ovima kako bi razvili trihromatske kontaktne leće za konverziju naviše (tUCL), koje su korisnicima omogućile razlikovanje tri različite NIR talasne dužine i percipiranje šireg NIR spektra boja. Integracijom informacija o boji, vremenskim i prostornim informacijama, tUCL-ovi su omogućili precizno prepoznavanje višedimenzionalnih NIR-kodiranih podataka, nudeći poboljšanu spektralnu selektivnost i mogućnosti sprečavanja interferencije.
Sl. 2. Izgled boja različitih uzoraka (simuliranih reflektirajućih ogledala s različitim spektrima refleksije) pod vidljivim i NIR osvjetljenjem, gledano kroz sistem nosivih naočala integriran s tUCL-ima. (Slika tima prof. XUE)
Sl.3. UCL-ovi omogućavaju ljudsku percepciju NIR svjetlosti u vremenskoj, prostornoj i hromatskoj dimenziji. (Slika tima prof. XUE)
Ova studija, koja je demonstrirala nosivo rješenje za NIR vid kod ljudi putem UCL-a, pružila je dokaz koncepta za NIR vid boja i otvorila obećavajuće primjene u sigurnosti, borbi protiv krivotvorenja i liječenju nedostataka vida boja.
Link za papir:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Napisao XU Yehong, SHEN Xinyi, uredio ZHAO Zheqian)
Vrijeme objave: 07.06.2025.