Nanopartikel memberikan penglihatan inframerah

Kaedah mudah mengagumkan dapat mengembangkan penglihatan manusia

Menggunakan nanopartikel, rasa penglihatan manusia tidak lama lagi akan diperluaskan kepada inframerah. © Delpiuxart / iStock
membaca dengan kuat

Rasa lanjutan: Suntikan dengan nanopartikel dapat di masa depan memperluas penglihatan kita - dan menjadikan radiasi inframerah kelihatan kepada kita. Bagaimana untuk melakukan ini, para penyelidik kini telah berjaya diuji dengan tikus. Nanopartikel yang disuntik ke dalam mata melampirkan diri mereka ke photoreceptors retina dan menukarkan sinaran inframerah kejadian ke dalam isyarat cahaya hijau. Ini kemudian diproses oleh mata seperti biasa. Menurut penyelidik, kaedah ini juga dapat memberi kita pandangan inframerah sejati.

Walaupun mata kita juga dapat mengesan foton individu cahaya, rasa penglihatan kita agak terbatas. Banyak haiwan mempunyai mata yang lebih tajam dan lebih cepat atau mereka melihat kawasan yang tidak kelihatan radiasi elektromagnetik. Tikus dan banyak serangga dapat melihat sinaran UV, sementara invertebrata lain merekodkan radiasi inframerah. Sebaliknya, mata manusia hanya dapat melihat panjang gelombang antara 400 dan 700 nanometer.

Kenapa kita tidak dapat melihat inframerah

Masalahnya: Pigmen visual mata kita tidak boleh menukar julat gelombang lain ke dalam isyarat saraf. Terutamanya dengan sinaran inframerah gelombang panjang, ini mempunyai sebab yang agak praktikal: Foton inframerah adalah tenaga yang agak rendah. Untuk memahami mereka, pigmen visual perlu membangunkan ambang rangsangan yang jauh lebih rendah. Walau bagaimanapun, ini bermakna bahawa walaupun isyarat palsu didaftarkan lebih banyak - dan banyak maklumat visual hilang dalam bunyi bising.

"Batasan fizikal ini bermakna tiada photoreceptor mamalia dapat mengesan cahaya inframerah lebih daripada 700 nanometer panjang gelombang, " kata Tian Xue dari Universiti Sains dan Teknologi Hefei dan rakan-rakannya. Setakat ini, lelaki boleh mengimbangi defisit ini hanya dengan bantuan teknikal - contohnya, dengan elektrod yang diimplan, yang dikaitkan dengan kamera khas.

Nanopartikel sebagai transduser cahaya

Tetapi kini Xue dan pasukannya telah menemui satu kaedah yang dapat meningkatkan lagi penglihatan kami. Untuk kajian mereka, mereka membangun nanopartikel khas yang bertindak seperti transduser cahaya kecil: apabila mereka disinari dengan cahaya inframerah dalam julat panjang gelombang 980 nanometer, mereka memancarkan cahaya yang kelihatan 535 nanometer panjang gelombang. Radiasi inframerah kemudiannya ditukar kepada cahaya yang kelihatan hijau. paparan

Kursus kajian: Oleh kerana nanopartikel pada photoreceptors bertindak sebagai transduser ringan, tikus dapat merasakan isyarat inframerah. Ma et al./Cell

Silap mata di sini: Nanopartikel ini dikonfigurasi supaya mereka melampirkan kepada photoreceptor semulajadi mata mamalia. Suntikan larutan garam yang mengandung nanopartikel ini ke dalam mata tikus menunjukkan bahawa ini berfungsi: "Zarah-zarah itu berlabuh di dalam dan luar kawasan kon dan tusuk ", Penyelidik melaporkan. "Di sana mereka membentuk lapisan nano-antena terbina dalam yang mengubah cahaya."

Rasa visual diperluas ke inframerah

Tetapi dengan nanopartikel ini pandangan inframerah benar mungkin? Untuk menguji ini, saintis melakukan satu siri ujian visual dan tingkah laku pada tikus. Antara lain, ini menunjukkan bahawa cahaya inframerah menyebabkan refleks murid dalam tikus yang dirawat - sesuatu yang hanya berlaku apabila isyarat visual dihantar ke otak. Gelombang otak tikus mengesahkan bahawa radiasi inframerah telah ditukar dan diproses menjadi rangsangan visual biasa, laporan penyelidik.

Dalam ujian lain, haiwan diberi pilihan di antara sangkar gelap dan sinar inframerah. Tikus yang tidak dirawat sering memilih kedua-dua pilihan, tetapi haiwan yang dirawat mengelakkan sangkar inframerah - mereka kelihatan cerah dan mereka tidak menyukainya. "Ini jelas menunjukkan bahawa tikus telah memperolehi infra merah dan mereka sebenarnya dapat melihat cahaya inframerah dengan nano-antena kami, " kata Xue dan pasukannya.

Satu suntikan lebih daripada sepuluh minggu pandangan inframerah

Tikus juga dapat mengenali bentuk dengan rasa penglihatan inframerah mereka yang baru: Haiwan dengan cepat mengetahui bahawa segitiga inframerah membawa kepada makanan, tetapi bulatan tidak. Penting juga: Rangsangan inframerah tambahan tidak menghalang penglihatan normal tikus, seperti eksperimen menunjukkan. "Pandangan inframerah berfungsi selari dengan penglihatan siang hari semulajadi, " kata Xue dan pasukannya.

Suntikan nanopartikel ke dalam mata tidak menyebabkan kerosakan pada retina, seperti yang dilaporkan penyelidik. Walaupun sesetengah haiwan berkembang pesat kornea sementara, ia hilang selepas beberapa hari dengan sendirinya. Positif juga: suntikan tunggal nanopartikel ini sudah cukup untuk memberi tikus inframerah penglihatan untuk lebih dari sepuluh minggu.

Boleh juga bekerja pada manusia

Menurut saintis, kaedah ini menawarkan peluang unik untuk mengembangkan rasa visual manusia. "Kami percaya bahawa teknologi juga berfungsi di mata manusia, " kata Xue. Kerana photoreceptors dan fisiologi deria tidak begitu berbeza dalam tetikus dan manusia. "Itu cukup menarik, kerana ia akan membolehkan kita mengembangkan deria semulajadi kita dan membangunkan 'mata super, '" kata Xue.

Antara lain, para penyelidik melihat aplikasi dalam sektor keselamatan, dalam tentera dan sains - di mana isyarat dekat inframerah adalah penting sebagai pembawa maklumat. Tetapi nanopartikel bukan sahaja dapat mengembangkan penglihatan kita, mereka juga mungkin sesuai untuk rawatan defisit visual seperti buta warna, katakan Xue dan rakan-rakannya. Mereka kini mahu bekerja lebih mengoptimumkan nanopartikel mereka dan mungkin juga membina mereka dari molekul yang telah diluluskan secara perubatan. (Sel, 2019; doi: 10.1016 / j.cell.2019.01.038)

Sumber: Tekan Sel

- Nadja Podbregar