Muizen met een verbeterd zicht door nanotechnologie waren in staat om zowel infrarood licht als zichtbaar licht te zien, meldt een studie die op 28 februari in het tijdschrift is gepubliceerd Cel . Een enkele injectie van nanodeeltjes in de ogen van de muizen gaf tot 10 weken lang infrarood zicht met minimale bijwerkingen, waardoor ze zelfs overdag infrarood licht kunnen zien en met voldoende specificiteit om onderscheid te maken tussen verschillende vormen. Deze bevindingen kunnen leiden tot vooruitgang in menselijke infraroodvisietechnologieën, inclusief mogelijke toepassingen in civiele encryptie, veiligheid, en militaire operaties.

Mensen en andere zoogdieren zijn beperkt tot het zien van een reeks golflengten van licht dat zichtbaar licht wordt genoemd, die de golflengten van de regenboog omvat. Maar infraroodstraling, die een langere golflengte heeft, is overal om ons heen. Mensen, dieren en objecten zenden infrarood licht uit als ze warmte afgeven, en objecten kunnen ook infrarood licht reflecteren.

"Het zichtbare licht dat door het natuurlijke gezichtsvermogen van de mens kan worden waargenomen, neemt slechts een zeer klein deel van het elektromagnetische spectrum in beslag, " zegt senior auteur Tian Xue van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China. "Elektromagnetische golven die langer of korter zijn dan zichtbaar licht dragen veel informatie."

Een multidisciplinaire groep wetenschappers onder leiding van Xue en Jin Bao van de University of Science and Technology of China en Gang Han van de University of Massachusetts Medical School, ontwikkelde de nanotechnologie om te werken met de bestaande structuren van het oog.

"Als licht het oog binnenkomt en het netvlies raakt, de staafjes en kegeltjes - of fotoreceptorcellen - absorberen de fotonen met zichtbare lichtgolflengten en sturen overeenkomstige elektrische signalen naar de hersenen, ", zegt Han. "Omdat infraroodgolflengten te lang zijn om door fotoreceptoren te worden geabsorbeerd, we kunnen ze niet waarnemen."

In dit onderzoek, de wetenschappers maakten nanodeeltjes die stevig kunnen verankeren aan fotoreceptorcellen en fungeren als kleine infraroodlichttransducers. Wanneer infrarood licht het netvlies raakt, de nanodeeltjes vangen de langere infrarode golflengten op en zenden kortere golflengten uit binnen het zichtbare lichtbereik. De nabijgelegen staaf of kegel absorbeert dan de kortere golflengte en stuurt een normaal signaal naar de hersenen, alsof zichtbaar licht het netvlies had geraakt.

"Bij ons experiment nanodeeltjes absorbeerden infrarood licht met een golflengte van ongeveer 980 nm en zetten het om in licht met een piek van 535 nm, waardoor het infraroodlicht verscheen als de kleur groen, ' zegt Bao.

De onderzoekers testten de nanodeeltjes in muizen, die, zoals mensen, infrarood niet van nature kan zien. Muizen die de injecties kregen, vertoonden onbewuste fysieke tekenen dat ze infrarood licht detecteerden, zoals hun pupillen vernauwen, terwijl muizen die werden geïnjecteerd met alleen de bufferoplossing niet reageerden op infraroodlicht.

Om te testen of de muizen het infrarood licht konden begrijpen, de onderzoekers stelden een reeks doolhoftaken op om te laten zien dat de muizen infrarood konden zien bij daglicht, gelijktijdig met zichtbaar licht.

In zeldzame gevallen, bijwerkingen van de injecties, zoals troebele hoornvliezen, traden op maar verdwenen binnen minder dan een week. Dit kan zijn veroorzaakt door het injectieproces alleen, omdat muizen die alleen injecties van de bufferoplossing kregen, een vergelijkbare mate van deze bijwerkingen hadden. Andere tests vonden geen schade aan de structuur van het netvlies na de subretinale injecties.

"In onze studie we hebben aangetoond dat zowel staafjes als kegeltjes deze nanodeeltjes binden en werden geactiveerd door het nabij-infraroodlicht, "zegt Xue. "Dus we geloven dat deze technologie ook in menselijke ogen zal werken, niet alleen voor het genereren van supervisie, maar ook voor therapeutische oplossingen bij stoornissen in het gezichtsvermogen van de mens met rode kleur."

De huidige infraroodtechnologie is afhankelijk van detectoren en camera's die vaak worden beperkt door daglicht en externe stroombronnen nodig hebben. De onderzoekers zijn van mening dat de bio-geïntegreerde nanodeeltjes wenselijker zijn voor mogelijke infraroodtoepassingen in civiele codering, veiligheid, en militaire operaties. "In de toekomst, we denken dat er ruimte is om de technologie te verbeteren met een nieuwe versie van organische nanodeeltjes, gemaakt van FDA-goedgekeurde verbindingen, die lijken te resulteren in een nog helderder infrarood zicht, " zegt Han.

De onderzoekers denken ook dat er meer werk kan worden gedaan om het emissiespectrum van de nanodeeltjes af te stemmen op menselijke ogen, die meer kegels dan staafjes gebruiken voor hun centrale zicht in vergelijking met muizenogen. "Dit is een opwindend onderwerp omdat de technologie die we hier mogelijk hebben gemaakt, mensen uiteindelijk in staat zou kunnen stellen verder te kijken dan onze natuurlijke mogelijkheden, ' zegt Xue.