Pasukan penyelidik yang diketuai oleh Prof. XUE Tian dan Prof. MA Yuqian dari Universiti Sains dan Teknologi China (USTC), dengan kerjasama berbilang kumpulan penyelidikan, telah berjaya mendayakan penglihatan warna spatiotemporal inframerah-hampir (NIR) manusia melalui kanta sentuh penukaran (UCL). Kajian itu diterbitkan dalam talian dalam Sel pada 22 Mei 2025 (EST), dan dipaparkan dalam siaran Berita olehAkhbar Sel.
Secara semula jadi, gelombang elektromagnet menjangkau pelbagai panjang gelombang, tetapi mata manusia hanya dapat melihat bahagian sempit yang dikenali sebagai cahaya boleh dilihat, menjadikan cahaya NIR melebihi hujung merah spektrum tidak kelihatan kepada kita.
rajah 1. Gelombang elektromagnet dan spektrum cahaya boleh dilihat (Imej daripada pasukan Prof. XUE)
Pada tahun 2019, pasukan yang diketuai oleh Prof. XUE Tian, MA Yuqian dan HAN Gang mencapai kejayaan dengan menyuntik bahan nano penukaran ke dalam retina haiwan, membolehkan keupayaan penglihatan imej NIR mata kasar yang pertama dalam mamalia. Walau bagaimanapun, disebabkan penggunaan suntikan intravitreal yang terhad pada manusia, cabaran utama untuk teknologi ini terletak pada membolehkan persepsi manusia terhadap cahaya NIR melalui cara bukan invasif.
Kanta sentuh telus lembut yang diperbuat daripada komposit polimer menyediakan penyelesaian yang boleh dipakai, tetapi membangunkan UCL menghadapi dua cabaran utama: mencapai keupayaan penukaran naik yang cekap, yang memerlukan doping nanopartikel penukaran tinggi (UCNPs) dan mengekalkan ketelusan yang tinggi. Walau bagaimanapun, menggabungkan nanozarah ke dalam polimer mengubah sifat optiknya, menjadikannya sukar untuk mengimbangi kepekatan tinggi dengan kejelasan optik.
Melalui pengubahsuaian permukaan UCNP dan penyaringan bahan polimer padanan indeks biasan, penyelidik membangunkan UCL yang mencapai integrasi UCNP 7-9% sambil mengekalkan lebih 90% ketelusan dalam spektrum yang boleh dilihat. Tambahan pula, UCL menunjukkan prestasi optik yang memuaskan, hidrofilik, dan biokompatibiliti, dengan keputusan eksperimen menunjukkan bahawa kedua-dua model murine dan pemakai manusia bukan sahaja dapat mengesan cahaya NIR tetapi juga membezakan frekuensi temporalnya.
Lebih mengagumkan, pasukan penyelidik mereka bentuk sistem cermin mata boleh pakai yang disepadukan dengan UCL dan pengimejan optik yang dioptimumkan untuk mengatasi had bahawa UCL konvensional hanya memberikan pengguna persepsi kasar terhadap imej NIR. Kemajuan ini membolehkan pengguna melihat imej NIR dengan resolusi spatial yang setanding dengan penglihatan cahaya yang boleh dilihat, membolehkan pengecaman yang lebih tepat bagi corak NIR yang kompleks.
Untuk terus mengatasi kehadiran cahaya NIR berbilang spektrum yang meluas dalam persekitaran semula jadi, penyelidik menggantikan UCNP tradisional dengan UCNP trichromatic untuk membangunkan kanta sentuh penukaran naik trichromatic (tUCLs), yang membolehkan pengguna membezakan tiga panjang gelombang NIR yang berbeza dan melihat spektrum warna NIR yang lebih luas. Dengan menyepadukan maklumat warna, temporal dan spatial, tUCL membenarkan pengecaman tepat bagi data berkod NIR berbilang dimensi, menawarkan kebolehpilihan spektrum yang lebih baik dan keupayaan anti-gangguan.
Rajah 2. Penampilan warna pelbagai corak (cermin reflektif simulasi dengan spektrum pantulan berbeza) di bawah pencahayaan yang boleh dilihat dan NIR, seperti yang dilihat melalui sistem cermin mata boleh pakai yang disepadukan dengan tUCL. (Imej daripada pasukan Prof. XUE)
Rajah 3. UCL membolehkan persepsi manusia terhadap cahaya NIR dalam dimensi temporal, spatial dan kromatik. (Imej daripada pasukan Prof. XUE)
Kajian ini, yang menunjukkan penyelesaian boleh pakai untuk penglihatan NIR pada manusia melalui UCL, menyediakan bukti konsep untuk penglihatan warna NIR dan membuka aplikasi yang menjanjikan dalam keselamatan, anti-pemalsuan dan rawatan kekurangan penglihatan warna.
Pautan kertas:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Ditulis oleh XU Yehong, SHEN Xinyi, Disunting oleh ZHAO Zheqian)
Masa siaran: Jun-07-2025