یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور XUE Tian و پروفسور MA Yuqian از دانشگاه علم و فناوری چین (USTC)، با همکاری چندین گروه تحقیقاتی، با موفقیت بینایی رنگی فضایی-زمانی نزدیک به مادون قرمز (NIR) انسان را از طریق لنزهای تماسی تبدیل بالا (UCL) امکان‌پذیر کرده‌اند. این مطالعه به صورت آنلاین در Cell در تاریخ 22 مه 2025 (به وقت شرق آمریکا) منتشر شد و در یک بیانیه خبری توسط ...مطبوعات سلولی.
در طبیعت، امواج الکترومغناطیسی طیف وسیعی از طول موج‌ها را در بر می‌گیرند، اما چشم انسان تنها می‌تواند بخش باریکی از آن را که به عنوان نور مرئی شناخته می‌شود، درک کند و این باعث می‌شود نور NIR فراتر از انتهای قرمز طیف برای ما نامرئی باشد.
شکل 1. امواج الکترومغناطیسی و طیف نور مرئی (تصویر از تیم پروفسور XUE)
در سال ۲۰۱۹، تیمی به رهبری پروفسور XUE Tian، MA Yuqian و HAN Gang با تزریق نانومواد upconversion به شبکیه حیوانات به موفقیتی دست یافتند و اولین قابلیت دید تصویر NIR با چشم غیرمسلح را در پستانداران فراهم کردند. با این حال، به دلیل کاربرد محدود تزریق داخل زجاجیه‌ای در انسان، چالش اصلی این فناوری، توانمندسازی انسان برای درک نور NIR از طریق روش‌های غیرتهاجمی است.
لنزهای تماسی نرم و شفاف ساخته شده از کامپوزیت‌های پلیمری، یک راه‌حل پوشیدنی ارائه می‌دهند، اما توسعه UCLها با دو چالش اصلی روبرو است: دستیابی به قابلیت تبدیل بالا به بالا که نیاز به آلایش نانوذرات تبدیل بالا به بالا (UCNPs) دارد، و حفظ شفافیت بالا. با این حال، ترکیب نانوذرات در پلیمرها، خواص نوری آنها را تغییر می‌دهد و ایجاد تعادل بین غلظت بالا و وضوح نوری را دشوار می‌کند.
محققان از طریق اصلاح سطح UCNPها و غربالگری مواد پلیمری منطبق با ضریب شکست، UCLهایی را توسعه دادند که به 7 تا 9 درصد UCNP دست یافتند و در عین حال شفافیت بیش از 90 درصد را در طیف مرئی حفظ کردند. علاوه بر این، UCLها عملکرد نوری، آب‌دوستی و زیست‌سازگاری رضایت‌بخشی را نشان دادند و نتایج تجربی نشان داد که هم مدل‌های موشی و هم انسان‌های استفاده‌کننده از آنها نه تنها می‌توانند نور NIR را تشخیص دهند، بلکه فرکانس‌های زمانی آن را نیز از هم متمایز می‌کنند.
نکته‌ی چشمگیرتر این است که تیم تحقیقاتی یک سیستم عینک پوشیدنی را طراحی کرده‌اند که با UCLها یکپارچه شده و تصویربرداری نوری را بهینه کرده است تا بر این محدودیت که UCLهای معمولی فقط درک دقیقی از تصاویر NIR را در اختیار کاربران قرار می‌دهند، غلبه کند. این پیشرفت به کاربران امکان می‌دهد تصاویر NIR را با وضوح مکانی قابل مقایسه با دید نور مرئی درک کنند و امکان تشخیص دقیق‌تر الگوهای پیچیده NIR را فراهم کند.
برای مقابله بیشتر با حضور گسترده نور NIR چندطیفی در محیط‌های طبیعی، محققان UCNP های سنتی را با UCNP های سه رنگ جایگزین کردند تا لنزهای تماسی تبدیل سه رنگ (tUCL) را توسعه دهند، که به کاربران امکان می‌دهد سه طول موج NIR متمایز را تشخیص داده و طیف رنگی NIR وسیع‌تری را درک کنند. tUCL ها با ادغام اطلاعات رنگی، زمانی و مکانی، امکان تشخیص دقیق داده‌های کدگذاری شده NIR چندبعدی را فراهم می‌کنند و گزینش‌پذیری طیفی بهبود یافته و قابلیت‌های ضد تداخل را ارائه می‌دهند.
شکل ۲. ظاهر رنگی الگوهای مختلف (آینه‌های بازتابی شبیه‌سازی شده با طیف‌های بازتابی مختلف) تحت نور مرئی و NIR، همانطور که از طریق سیستم عینک پوشیدنی یکپارچه با tUCLها مشاهده می‌شود. (تصویر از تیم پروفسور XUE)
شکل 3. UCL ها درک انسان از نور NIR را در ابعاد زمانی، مکانی و رنگی ممکن می سازند. (تصویر از تیم پروفسور XUE)
این مطالعه که یک راهکار پوشیدنی برای بینایی NIR در انسان از طریق UCLها را نشان داد، اثباتی بر مفهوم بینایی رنگی NIR ارائه داد و کاربردهای امیدوارکننده‌ای را در امنیت، ضد جعل و درمان نقص‌های بینایی رنگی گشود.
لینک مقاله:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(نوشته شده توسط XU Yehong، SHEN Xinyi، ویرایش شده توسط ZHAO Zhejian)
زمان ارسال: 7 ژوئن 2025