联系我们
公司地址:
武汉东湖新技术开发区高新大道666号光谷生物城生物创新园B1栋512室
电   话:027-65026846
杨经理:13971759361
陈经理:15972097592
邮   箱:service@ezresearchwh.com
邮政编码:430074
科研新知
ke-yan-xin-zhi
Cell: 突破视觉极限—纳米技术使红外线也能被看到

人类和其他哺乳动物只能看到一系列波长的可见光(380-760nm),包括彩虹的波长。但是在我们周围还有更长波长的红外光(770nm-1mm),例如人、动物和物体散发热量时都会发出红外光,物体也能反射红外光。这些红外光通常是看不到的。2月28日发表在“细胞”杂志上的一项研究报告表明,通过纳米技术增强视力的老鼠能够看到红外光和可见光。在小鼠的眼睛中一次注射纳米颗粒,就能使他们在最少副作用的情况下获得长达10周的红外视觉,使他们即使在白天也能看到红外光,并具有足够的特异性来区分不同的形状。这些发现可能导致人类红外视觉技术的进步,包括在民用加密、安全和军事行动中的潜在应用。


图1  可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分,可见光谱没有精确的范围;一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400~760nm之间。(图片来源https://zh.wikipedia.org/zh-hans/光)


来自中国科技大学的薛天教授是这篇研究的作者之一,他说:“人类的自然视觉所能感知到的可见光只占电磁频谱的一小部分,电磁波比可见光长或短都能携带大量信息(图1)。”由中国科技大学的薛天教授和鲍进教授,以及马萨诸塞大学医学院的韩纲教授领导的一个多学科的研究小组,开发了纳米技术来改造眼睛的现有结构。“当光线进入眼睛并抵达视网膜时,视杆和视锥-或感光细胞-吸收具有可见光波长的光子,并向大脑发送相应的电信号”,韩纲教授说:“因为红外线波长太长,光感受器无法接收,所以我们无法感知它们。”


在这项研究中,科学家们制造了纳米粒子,这些纳米粒子可以紧密地固定在感光细胞上,充当微小的红外光传感器(图2)。当红外光照射视网膜时,纳米粒子捕获较长的红外波长,并在可见光范围内发射较短的波长。附近的视杆或视锥吸收较短的波长,并向大脑发出正常的信号,就好像可见光击中了视网膜。在这项研究中,纳米粒子吸收了980nm左右的红外光,并将其转化为535nm的峰值,这使得红外光看起来像绿色(图3)。


研究人员在老鼠的视网膜测试了这种纳米粒子,和人类一样,老鼠不能自然地看到红外线,接受纳米粒子注射的小鼠表现出无意识的身体体征,例如瞳孔收缩,这表明它们正在探测红外光;而只注射对照溶液的小鼠对红外光没有反应。


为了测试小鼠是否能理解红外光,研究人员设置了一系列迷宫任务,以显示小鼠在日光条件下能看到红外线,同时还能看到可见光。


极少数情况下,注射会引起一定的副作用,如引起角膜浑浊,但在不到一周内消失。这可能是由注射过程引起的,因为只注射对照溶液的小鼠有类似的副作用。其他测试没有发现视网膜下注射后对视网膜结构的损害。


“在我们的研究中已经证明,视杆和视锥细胞都结合了这些纳米粒子,并被近红外光激活,”薛天教授说,“因此,我们相信,这项技术也将在人眼中发挥作用,不仅能产生超级视觉,还能用于治疗人类红色视觉缺陷等疾病。”


此外,目前的红外技术依赖于探测器和照相机,这些探测器和照相机常常受到环境日光的限制,而且需要外部电源。研究人员认为,这种生物集成的纳米颗粒在民用加密、安全和军事行动中的潜在红外应用中更受欢迎。韩纲教授说:“在未来,我们认为这项技术可能有改进的空间,新版本的有机纳米颗粒,由FDA批准的化合物制成,似乎会产生更明亮的红外视觉。”


研究人员认为,还可以通过进一步研究来微调纳米粒子的发射光谱,以适应人眼,与老鼠的眼睛相比,人的眼睛使用更多的视锥细胞而不是视杆细胞。薛天教授说:“这是一个令人兴奋的研究,因为我们在这里创造的技术最终可以使人类看到超出我们自然能力的东西。”


参考文献:

Yuqian Ma, Jin Bao, Yuanwei Zhang, Zhanjun Li, Xiangyu Zhou, Changlin Wan, Ling Huang, Yang Zhao, Gang Han, Tian Xue. Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable and Self-Powered Retinal Nanoantennae. Cell, 2019; DOI: 10.1016/j.cell.2019.01.038

相关内容:科研动态  
相关内容:科研动态  
返回顶部

地 址:武汉东湖新技术开发区高新大道666号光谷生物城生物创新园B1栋512室电 话:027-65026846邮 箱:service@ezresearchwh.com

武汉华易研生物科技有限公司 联系电话:027-65026846(周一至周五08:30-18:00)杨经理:13971759361 陈经理:15972097592 鄂ICP备11002610号-4