Istraživački tim pod vodstvom prof. XUE Tiana i prof. MA Yuqiana sa Sveučilišta znanosti i tehnologije Kine (USTC), u suradnji s više istraživačkih grupa, uspješno je omogućio ljudski bliskoinfracrveni (NIR) prostorno-vremenski vid boja putem kontaktnih leća s konverzijom prema gore (UCL). Studija je objavljena online u časopisu Cell 22. svibnja 2025. (EST) i predstavljena je u priopćenju za javnost od straneCell Press.
U prirodi, elektromagnetski valovi obuhvaćaju širok raspon valnih duljina, ali ljudsko oko može percipirati samo uski dio poznat kao vidljiva svjetlost, što čini NIR svjetlost izvan crvenog kraja spektra nevidljivom za nas.
Sl.1. Elektromagnetski valovi i spektar vidljive svjetlosti (slika tima prof. XUE-a)
Godine 2019., tim predvođen prof. XUE Tianom, MA Yuqianom i HAN Gangom postigao je proboj ubrizgavanjem nanomaterijala za upconversion u mrežnice životinja, omogućujući prvu mogućnost NIR vida golim okom kod sisavaca. 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 izrađene od polimernih kompozita pružaju nosivo rješenje, ali razvoj UCL-a suočava se s dva glavna izazova: postizanjem učinkovite sposobnosti pretvorbe svjetlosti, što zahtijeva dopiranje nanočesticama s visokom pretvorbom svjetlosti (UCNP), i održavanjem visoke prozirnosti. 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 loma, 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 detektirati NIR svjetlost, već i razlikovati njezine vremenske frekvencije.
Još impresivnije, istraživački tim je dizajnirao sustav nosivih naočala 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 omogućuje korisnicima da percipiraju NIR slike s prostornom rezolucijom usporedivom s vidom vidljive svjetlosti, što omogućuje točnije prepoznavanje složenih NIR uzoraka.
Kako bi se dodatno nosili s raširenom prisutnošću multispektralne NIR svjetlosti u prirodnim okruženjima, istraživači su zamijenili tradicionalne UCNP-ove trikromatskim UCNP-ovima kako bi razvili trikromatske kontaktne leće s upconverzijom (tUCL), koje su korisnicima omogućile razlikovanje tri različite NIR valne duljine i percipiranje šireg NIR spektra boja. Integracijom informacija o boji, vremenskih i prostornih informacija, tUCL-ovi su omogućili precizno prepoznavanje višedimenzionalnih NIR-kodiranih podataka, nudeći poboljšanu spektralnu selektivnost i mogućnosti sprječavanja interferencije.
Sl. 2. Izgled boja različitih uzoraka (simuliranih reflektirajućih zrcala s različitim spektrima refleksije) pod vidljivim i NIR osvjetljenjem, gledano kroz sustav nosivih naočala integriran s tUCL-ima. (Slika tima prof. XUE-a)
Sl.3. UCL-ovi omogućuju ljudsku percepciju NIR svjetla u vremenskoj, prostornoj i kromatskoj dimenziji. (Slika tima prof. XUE-a)
Ova studija, koja je demonstrirala nosivo rješenje za NIR vid kod ljudi putem UCL-a, pružila je dokaz koncepta za NIR vid u boji i otvorila obećavajuće primjene u sigurnosti, borbi protiv krivotvorenja i liječenju nedostataka vida u boji.
Link na papir:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Napisali XU Yehong, SHEN Xinyi, uredio ZHAO Zheqian)
Vrijeme objave: 07.06.2025.