ჩინეთის მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების უნივერსიტეტის (USTC) პროფესორების, სიუე ტიანისა და პროფესორების, მ.ა. იუკიანის ხელმძღვანელობით ჩატარებულმა კვლევითმა ჯგუფმა, მრავალ კვლევით ჯგუფთან თანამშრომლობით, წარმატებით უზრუნველყო ადამიანის მიერ ახლო ინფრაწითელ (NIR) სივრცე-დროით ფერადი ხედვის აღმავალი კონვერსიის კონტაქტური ლინზების (UCL) მეშვეობით აღქმა. კვლევა გამოქვეყნდა ონლაინ ჟურნალ Cell-ში 2025 წლის 22 მაისს (EST) და წარმოდგენილი იყო პრესრელიზში.უჯრედის პრესა.
ბუნებაში, ელექტრომაგნიტური ტალღები ტალღის სიგრძის ფართო დიაპაზონს მოიცავს, თუმცა ადამიანის თვალს მხოლოდ ვიწრო ნაწილის აღქმა შეუძლია, რომელიც ხილული სინათლის სახელითაა ცნობილი, რაც სპექტრის წითელი ბოლოს მიღმა არსებული NIR სინათლეს ჩვენთვის უხილავს ხდის.
სურ. 1. ელექტრომაგნიტური ტალღები და ხილული სინათლის სპექტრი (სურათი პროფ. XUE-ს გუნდიდან)
2019 წელს, პროფესორ სიუე ტიანის, მ.ა. იუკიანის და ჰან განგის ხელმძღვანელობით შექმნილმა გუნდმა მიაღწია გარღვევას ცხოველების ბადურაში აღმავალი გარდაქმნის ნანომასალების შეყვანით, რამაც ძუძუმწოვრებში პირველად უზრუნველყო შეუიარაღებელი თვალით არაინფრაწითელი გამოსახულების ხედვის შესაძლებლობა. თუმცა, ადამიანებში ინტრავიტრეალური ინექციის შეზღუდული გამოყენებადობის გამო, ამ ტექნოლოგიის მთავარი გამოწვევა ადამიანის მიერ არაინვაზიური საშუალებებით არაინვაზიური საშუალებებით არაინვაზიური საშუალებებით აღქმის უზრუნველყოფაა.
პოლიმერული კომპოზიტებისგან დამზადებული რბილი გამჭვირვალე კონტაქტური ლინზები ტარებად გამოსავალს წარმოადგენს, თუმცა UCL-ების შემუშავება ორი მთავარი გამოწვევის წინაშე დგას: ეფექტური აღმავალი გარდაქმნის უნარის მიღწევა, რაც მაღალი აღმავალი გარდაქმნის ნანონაწილაკების (UCNPs) დოპირებას მოითხოვს და მაღალი გამჭვირვალობის შენარჩუნება. თუმცა, ნანონაწილაკების პოლიმერებში ჩართვა ცვლის მათ ოპტიკურ თვისებებს, რაც ართულებს მაღალი კონცენტრაციისა და ოპტიკურ სიცხადეს შორის დაბალანსებას.
UCL-ების ზედაპირის მოდიფიკაციისა და რეფრაქციული ინდექსის შესაბამისი პოლიმერული მასალების სკრინინგის გზით, მკვლევარებმა შეიმუშავეს UCL-ები, რომლებმაც მიაღწიეს 7–9%-იან UCNP ინტეგრაციას, ხილულ სპექტრში 90%-ზე მეტი გამჭვირვალობის შენარჩუნებით. გარდა ამისა, UCL-ებმა აჩვენეს დამაკმაყოფილებელი ოპტიკური მახასიათებლები, ჰიდროფილურობა და ბიოშეთავსებადობა, ექსპერიმენტული შედეგებით კი ნაჩვენებია, რომ როგორც თაგვის მოდელებს, ასევე ადამიანებს შეუძლიათ არა მხოლოდ NIR სინათლის აღმოჩენა, არამედ მისი დროითი სიხშირეების დიფერენცირებაც.
უფრო შთამბეჭდავია ის ფაქტი, რომ კვლევითმა ჯგუფმა შეიმუშავა ტარებადი სათვალის სისტემა, რომელიც ინტეგრირებულია UCL-ებთან და ოპტიმიზებულ ოპტიკურ გამოსახულებასთან, რათა გადაელახათ ის შეზღუდვა, რომ ჩვეულებრივი UCL-ები მომხმარებლებს მხოლოდ NIR სურათების უხეში აღქმის საშუალებას აძლევენ. ეს გაუმჯობესება მომხმარებლებს საშუალებას აძლევს, NIR სურათები აღიქვან ხილული სინათლის ხედვასთან შედარებით სივრცითი გარჩევადობით, რაც საშუალებას იძლევა უფრო ზუსტად ამოიცნონ რთული NIR ნიმუშები.
ბუნებრივ გარემოში მულტისპექტრული NIR სინათლის ფართოდ გავრცელებასთან გასამკლავებლად, მკვლევარებმა ტრადიციული UCNP-ები ტრიქრომატული UCNP-ებით ჩაანაცვლეს, რათა შეექმნათ ტრიქრომატული აღმავალი კონვერსიის კონტაქტური ლინზები (tUCL), რამაც მომხმარებლებს სამი განსხვავებული NIR ტალღის სიგრძის გარჩევისა და უფრო ფართო NIR ფერთა სპექტრის აღქმის საშუალება მისცა. ფერის, დროითი და სივრცითი ინფორმაციის ინტეგრირებით, tUCL-ებმა მრავალგანზომილებიანი NIR-ში კოდირებული მონაცემების ზუსტი ამოცნობის საშუალება მოგვცეს, რაც გაუმჯობესებულ სპექტრულ სელექციურობას და ჩარევის საწინააღმდეგო შესაძლებლობებს გვთავაზობს.
სურ. 2. სხვადასხვა ნიმუშების (სხვადასხვა არეკლვის სპექტრის მქონე სიმულირებული ამრეკლავი სარკეები) ფერთა იერსახე ხილული და NIR განათების ქვეშ, როგორც ეს დანახულია tUCL-ებთან ინტეგრირებული სათვალის სისტემის მეშვეობით. (სურათი პროფ. XUE-ს გუნდიდან)
სურ. 3. UCL-ები ადამიანის მიერ NIR სინათლის დროებით, სივრცით და ქრომატულ განზომილებაში აღქმის საშუალებას იძლევა. (სურათი პროფესორ XUE-ს გუნდიდან)
ამ კვლევამ, რომელმაც UCL-ების მეშვეობით ადამიანებში NIR მხედველობის ტარებადი გადაწყვეტა აჩვენა, NIR ფერადი ხედვის კონცეფციის დასტური მოგვცა და პერსპექტიული გამოყენების შესაძლებლობები გახსნა უსაფრთხოების, გაყალბების საწინააღმდეგო და ფერადი ხედვის დეფექტების მკურნალობის სფეროებში.
ქაღალდის ბმული:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(დაწერილი XU Yehong, SHEN Xinyi, რედაქტირებულია ZHAO Zheqian)
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 7 ივნისი