Films met helden met superkrachten, zoals vluchten, Röntgenvisie of buitengewone kracht, zijn allemaal razernij. Maar hoewel deze populaire personages louter fantasieën zijn, wetenschappers hebben nanodeeltjes gebruikt om gewone muizen een echte superkracht te verlenen:het vermogen om nabij-infrarood licht te zien. Vandaag, wetenschappers melden vooruitgang bij het maken van versies van deze nanodeeltjes die op een dag een ingebouwd nachtzicht aan mensen zouden kunnen geven.

De onderzoekers zullen hun resultaten presenteren op de American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Als we naar het heelal kijken, we zien alleen zichtbaar licht, " zegt Gang Han, doctoraat, hoofdonderzoeker van het project, die het werk op de vergadering presenteert. "Maar als we nabij-infrarood zicht hadden, we konden het universum op een geheel nieuwe manier zien. We kunnen misschien infraroodastronomie doen met het blote oog, of nachtzicht hebben zonder omvangrijke apparatuur."

De ogen van mensen en andere zoogdieren kunnen licht detecteren tussen de golflengten van 400 en 700 nanometer (nm). Nabij-infrarood (NIR) licht, anderzijds, heeft langere golflengten - 750 nm tot 1,4 micrometer. Warmtebeeldcamera's kunnen mensen helpen in het donker te zien door NIR-straling te detecteren die wordt afgegeven door organismen of objecten, maar deze apparaten zijn meestal omvangrijk en onhandig. Han en zijn collega's vroegen zich af of ze muizen NIR-zicht konden geven door een speciaal soort nanomateriaal te injecteren, zogenaamde upconversie nanodeeltjes (UCNP's), in hun ogen. Deze nanodeeltjes, die de zeldzame aardelementen erbium en ytterbium bevatten, kan fotonen met lage energie van NIR-licht omzetten in groen licht met hogere energie dat zoogdierogen kunnen zien.

In werk dat eerder dit jaar werd gepubliceerd, de onderzoekers, die aan de University of Massachusetts Medical School zijn, gerichte UCNP's op fotoreceptoren in muizenogen door een eiwit te hechten dat bindt aan een suikermolecuul op het fotoreceptoroppervlak. Vervolgens, ze injecteerden de fotoreceptor-bindende UCNP's achter het netvlies van de muizen. Om te bepalen of de geïnjecteerde muizen NIR-licht konden zien en mentaal verwerken, het team voerde verschillende fysiologische en gedragstests uit. Bijvoorbeeld, in één proef, de onderzoekers plaatsten de muizen in een Y-vormige tank met water. Een tak van de tank had een platform waar de muizen op konden klimmen om aan het water te ontsnappen. De onderzoekers trainden de muizen om naar zichtbaar licht in de vorm van een driehoek te zwemmen, die de ontsnappingsroute markeerde. Een soortgelijk verlichte cirkel markeerde de tak zonder platform. Vervolgens, de onderzoekers vervingen het zichtbare licht door NIR-licht. "De muizen met de deeltjesinjectie konden de driehoek duidelijk zien en er elke keer naar toe zwemmen, maar de muizen zonder de injectie konden het verschil tussen de twee vormen niet zien of zien, " zegt Han.

Hoewel de UCNP's ten minste 10 weken in de ogen van de muizen aanhielden en geen merkbare bijwerkingen veroorzaakten, Han wil de veiligheid en gevoeligheid van de nanomaterialen verbeteren voordat hij overweegt ze uit te proberen bij mensen. "De UCNP's in ons gepubliceerde artikel zijn anorganisch, en er zijn enkele nadelen, Han zegt. "De biocompatibiliteit is niet helemaal duidelijk, en we moeten de helderheid van de nanodeeltjes voor menselijk gebruik verbeteren." het team experimenteert met UCNP's die bestaan ​​uit twee organische kleurstoffen, in plaats van zeldzame aardmetalen. "We hebben aangetoond dat we organische UCNP's kunnen maken met een veel verbeterde helderheid in vergelijking met de anorganische, " zegt hij. Deze organische nanodeeltjes kunnen zowel groen als blauw licht uitstralen. Naast verbeterde eigenschappen, de organische kleurstoffen zouden ook minder regelgevende hindernissen kunnen hebben.

Een van de volgende stappen voor het project zou kunnen zijn de technologie te vertalen naar de beste vriend van de mens. "Als we een superhond hadden die NIR-licht kon zien, we kunnen van een afstand een patroon op het lichaam van een wetsovertreder projecteren, en de hond kon ze vangen zonder andere mensen te storen, " Zegt Han. Superheld krachten opzij, de technologie kan ook belangrijke medische toepassingen hebben, zoals de behandeling van oogziekten. "We zijn eigenlijk aan het kijken hoe we NIR-licht kunnen gebruiken om een ​​medicijn van de UNCP's af te geven, specifiek bij de fotoreceptoren, "zegt Han.