Un equip de recerca dirigit pel professor XUE Tian i el professor MA Yuqian de la Universitat de Ciència i Tecnologia de la Xina (USTC), en col·laboració amb diversos grups de recerca, ha aconseguit aconseguir la visió espaciotemporal del color en l'infraroig proper (NIR) humà mitjançant lents de contacte de conversió ascendent (UCL). L'estudi es va publicar en línia a Cell el 22 de maig de 2025 (EST) i va aparèixer en un comunicat de premsa dePremsa cel·lular.
A la natura, les ones electromagnètiques abasten una àmplia gamma de longituds d'ona, però l'ull humà només pot percebre una estreta porció coneguda com a llum visible, cosa que fa que la llum NIR més enllà de l'extrem vermell de l'espectre sigui invisible per a nosaltres.
Fig1. Ones electromagnètiques i espectre de llum visible (Imatge de l'equip del professor XUE)
El 2019, un equip dirigit pels professors XUE Tian, MA Yuqian i HAN Gang va aconseguir un gran avenç injectant nanomaterials de conversió ascendent a les retines d'animals, permetent la primera capacitat de visió d'imatges NIR a ull nu en mamífers. Tanmateix, a causa de l'aplicabilitat limitada de la injecció intravítree en humans, el repte clau d'aquesta tecnologia rau en permetre la percepció humana de la llum NIR a través de mitjans no invasius.
Les lents de contacte transparents toves fetes de compostos polimèrics proporcionen una solució portable, però el desenvolupament de UCL s'enfronta a dos reptes principals: aconseguir una capacitat de conversió ascendent eficient, que requereix un dopatge de nanopartícules d'alta conversió ascendent (UCNP), i mantenir una alta transparència. Tanmateix, la incorporació de nanopartícules als polímers altera les seves propietats òptiques, cosa que dificulta l'equilibri entre l'alta concentració i la claredat òptica.
Mitjançant la modificació superficial de les nanopartícules unicatenàries (UCNP) i la selecció de materials polimèrics amb índex de refracció coincident, els investigadors van desenvolupar UCL que van aconseguir una integració d'UCNP del 7 al 9%, mantenint alhora una transparència de més del 90% en l'espectre visible. A més, les UCL van demostrar un rendiment òptic, hidrofilicitat i biocompatibilitat satisfactoris, amb resultats experimentals que mostren que tant els models murins com els usuaris humans no només podien detectar la llum NIR, sinó també diferenciar les seves freqüències temporals.
Més impressionant encara, l'equip de recerca va dissenyar un sistema d'ulleres portàtils integrat amb UCL i imatges òptiques optimitzades per superar la limitació que les UCL convencionals només proporcionen als usuaris una percepció aproximada de les imatges NIR. Aquest avenç permet als usuaris percebre imatges NIR amb una resolució espacial comparable a la visió per llum visible, cosa que permet un reconeixement més precís de patrons NIR complexos.
Per fer front encara més a la presència generalitzada de llum NIR multiespectral en entorns naturals, els investigadors van substituir les UCNP tradicionals per UCNP tricromàtiques per desenvolupar lents de contacte de conversió ascendent tricromàtiques (tUCL), que permetien als usuaris distingir tres longituds d'ona NIR diferents i percebre un espectre de color NIR més ampli. En integrar informació de color, temporal i espacial, les tUCL van permetre el reconeixement precís de dades codificades en NIR multidimensionals, oferint una selectivitat espectral millorada i capacitats antiinterferències.
Fig2. L'aspecte del color de diversos patrons (miralls reflectants simulats amb diferents espectres de reflexió) sota il·luminació visible i NIR, tal com es veu a través del sistema d'ulleres portàtils integrat amb tUCLs. (Imatge de l'equip del professor XUE)
Fig3. Les UCL permeten la percepció humana de la llum NIR en dimensions temporals, espacials i cromàtiques. (Imatge de l'equip del professor XUE)
Aquest estudi, que va demostrar una solució portàtil per a la visió NIR en humans a través de UCL, va proporcionar una prova de concepte per a la visió del color NIR i va obrir aplicacions prometedores en seguretat, lluita contra la falsificació i el tractament de deficiències de la visió del color.
Enllaç del document:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Escrit per XU Yehong, SHEN Xinyi, editat per ZHAO Zheqian)
Data de publicació: 07 de juny de 2025