Międzynarodowy zespół naukowców stworzył technologię, która pewnego dnia może umożliwić nam widzenie w ciemnościach bez użycia noktowizora. Uczeni wstrzyknęli myszom do oczu specjalnie opracowane nanocząstki, które konwertują światło podczerwone na widzialne. Efekt „superwizji” utrzymał się przez okres 10 tygodni.

Łatwo o tym zapomnieć, ale większość światła jest dla nas niewidoczna. To, co nazywamy światłem widzialnym, jest w rzeczywistości niewielką częścią promieniowania elektromagnetycznego, na które reaguje siatkówka naszego oka. Ale promieniowanie elektromagnetyczne to także promieniowanie gamma, rentgenowskie, ultrafiolet czy promieniowanie podczerwone.

Grupa badaczy z USA i Chin wymyśliła sposób, by można było zobaczyć niewidzialne dla ludzi i innych ssaków fale bliskiej podczerwieni. Sposób ten nie wymaga żadnych okularów czy innego sprzętu. Uczeni wykorzystali specjalne nanocząstki, które wstrzyknięte do oczu przekształcają światło podczerwone w widoczne. Technika została przetestowana na myszach i jak twierdzą naukowcy, dała gryzoniom zdolność widzenia poza spektrum światła widzialnego.

Wyniki prac naukowców zostały opublikowane na łamach pisma „Cell”.

Podobnie jak ludzie, myszy nie rejestrują światła o długości fali większej niż 700 nanometrów. Ale nanocząstki wstrzyknięte myszom podczas testów absorbują światło o dłuższych falach i przekształcają je w krótsze fale, które mogą wykryć komórki siatkówki.

Myszy z widzeniem wzmocnionym przez nanotechnologię były w stanie zobaczyć światło podczerwone, jak również światło widzialne. Pojedyncze wstrzyknięcie dawało gryzoniom zdolność widzenia w podczerwieni przez okres do 10 tygodni. Wszystko przy minimalnych efektach ubocznych. Jak twierdzą uczeni, myszy mogły widzieć światło podczerwone nawet w ciągu dnia wystarczająco dobrze, aby rozróżniać kształty.

Technologia opracowana przez badaczy z Uniwersytetu Nauk i Technologii w Chinach oraz University of Massachusetts Medical School może doprowadzić do rozwoju podobnych metod dających się zastosować u ludzi. Zastosowań dla takiej zdolności na pewno znajdzie się więcej, ale jako pierwsze nasuwa się wojsko. Armia byłaby z pewnością zadowolona z żołnierzy mogących widzieć w ciemnościach. Ludzie z taką zdolnością na pewno przydaliby się również przy zapewnieniu bezpieczeństwa już poza polem walki.

Promieniowanie podczerwone jest wszędzie wokół nas. Ludzie, zwierzęta i przedmioty emitują światło podczerwone poprzez emisję ciepła. – Światło widzialne, które może być naturalnie postrzegane przez człowieka, zajmuje zaledwie niewielką część widma elektromagnetycznego. Fale elektromagnetyczne dłuższe lub krótsze niż światło widzialne niosą mnóstwo informacji – powiedział Tian Xue z chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii.

– Kiedy światło wpada do oka i uderza w siatkówkę, światłoczułe receptory – pręciki i czopki – absorbują fotony w widzialnym zakresie i wysyłają odpowiednie sygnały elektryczne do mózgu. Ponieważ fale podczerwone są zbyt długie, aby mogły zostać pochłonięte przez fotoreceptory, nie jesteśmy w stanie ich dostrzec – wyjaśnił Gang Han z University of Massachusetts Medical School.

W nowych badaniach naukowcy stworzyli nanocząstki, które mogą ściśle współpracować z komórkami fotoreceptorów i działać jak małe przetworniki światła podczerwonego. Kiedy światło podczerwone uderza w siatkówkę, nanocząstki wychwytują dłuższe fale podczerwone i emitują krótsze fale w zakresie widzialnego światła. Najbliższy pręcik lub czopek absorbuje krótszą długość fali i wysyła normalny sygnał do mózgu, tak jakby widzialne światło trafiło w siatkówkę. Nanocząstki zostały pokryte białkiem, które pomaga im związać się z fotoreceptorami.

– W naszym eksperymencie nanocząstki absorbowały światło podczerwone o długości fali około 980 nm i przekształciły je w światło o szczytowej wartości 535 nm, co sprawiło, że światło podczerwone pojawiło się jako kolor zielony – wyjaśnił Jin Bao pracujący w chińskiej uczelni.

Nanocząstki (zielone) wiążą się z pręcikami (fioletowe) i czopkami (czerwone). Fot. Ma et al., Current Biology

Naukowcy przetestowali nanocząstki na myszach, które, podobnie jak ludzie, nie mogą w naturalny sposób widzieć podczerwieni. Gryzonie, które otrzymały zastrzyki, wykazywały nieświadomie pewne fizyczne objawy, które wskazywały na to, że wykryły światło podczerwone. Na przykład zwężały się im źrenice, podczas gdy myszy z grupy kontrolnej, którym wstrzyknięto tylko roztwór buforowy, nie reagowały na światło podczerwone.

Ale to nie zadowoliło badaczy. Uczeni chcieli lepiej sprawdzić, jak reagują myszy na swoją nową, rozszerzoną perspektywę widzenia świata. Aby sprawdzić, czy myszy potrafią rozpoznać światło podczerwone, naukowcy zaprojektowali specjalnie dla gryzoni serię zadań w labiryncie. Miały one pokazać, że myszy widziały podczerwień jednocześnie ze widzialnym światłem.

Testy wykazały, że myszy nie tylko mogły widzieć światło podczerwone, ale ich postrzeganie było na tyle dobre, że potrafiły odróżnić kształty. Myszy w labiryncie wodnym miały znaleźć ukrytą platformę, która znajdowała się nad wodą i na której gryzonie mogły stanąć suchą stopą. Lokalizacja platformy została oświetlona w podczerwieni. Zwierzęta po iniekcji nanoczątek bez problemu ją odnajdowały.

Badacze nie stwierdzili niebezpiecznych efektów ubocznych po zastrzykach z nanocząstek. W rzadkich przypadkach pojawiły się działania niepożądane, taki jak zmętnione rogówki, ale ustąpiły w ciągu mniej niż tygodnia. Mogło to być spowodowane samym procesem iniekcji, ponieważ myszy, które otrzymały tylko zastrzyki roztworu buforowego miały podobną częstotliwość działań niepożądanych. Inne testy nie wykazały uszkodzenia struktury siatkówki.

– W naszych badaniach wykazaliśmy, że zarówno pręciki jak i czopki wiążą nanocząstki, które zostały aktywowane przez światło bliskiej podczerwieni. Wierzymy więc, że ta technologia będzie działać również w ludzkich oczach, nie tylko po to, by generować superwizję, ale także jako rozwiązania terapeutyczne w deficytach widzenia czerwonego koloru u ludzi – zaznaczył Xue.

 

 

 

Źródło: New ScientistScience Daily, DziennikNaukowy