Nanoteknologi gør det muligt for mus at se i infrarød

Mus med syn forstærket af nanoteknologi var i stand til at se både infrarødt lys og synligt lys, rapporterer en undersøgelse offentliggjort 28. februar i tidsskriftet Celle . En enkelt injektion af nanopartikler i musenes øjne gav infrarødt syn i op til 10 uger med minimale bivirkninger, giver dem mulighed for at se infrarødt lys selv i løbet af dagen og med tilstrækkelig specificitet til at skelne mellem forskellige former. Disse resultater kan føre til fremskridt inden for menneskelige infrarøde synsteknologier, herunder potentielle applikationer inden for civil kryptering, sikkerhed, og militære operationer.

Mennesker og andre pattedyr er begrænset til at se en række bølgelængder af lys kaldet synligt lys, som inkluderer regnbuens bølgelængder. Men infrarød stråling, som har en længere bølgelængde, er overalt omkring os. Mennesker, dyr og genstande udsender infrarødt lys, når de afgiver varme, og genstande kan også reflektere infrarødt lys.

"Det synlige lys, der kan opfattes af menneskets naturlige syn, optager kun en meget lille del af det elektromagnetiske spektrum, " siger seniorforfatter Tian Xue fra University of Science and Technology i Kina. "Elektromagnetiske bølger længere eller kortere end synligt lys bærer masser af information."

En tværfaglig gruppe af videnskabsmænd ledet af Xue og Jin Bao ved University of Science and Technology i Kina samt Gang Han ved University of Massachusetts Medical School, udviklet nanoteknologien til at arbejde med øjets eksisterende strukturer.

"Når lys kommer ind i øjet og rammer nethinden, stængerne og keglerne - eller fotoreceptorcellerne - absorberer fotonerne med synlige lysbølgelængder og sender tilsvarende elektriske signaler til hjernen, " siger Han. "Fordi infrarøde bølgelængder er for lange til at blive absorberet af fotoreceptorer, vi er ikke i stand til at opfatte dem."

I dette studie, forskerne lavede nanopartikler, der kan forankre tæt til fotoreceptorceller og fungere som små infrarøde lystransducere. Når infrarødt lys rammer nethinden, nanopartiklerne fanger de længere infrarøde bølgelængder og udsender kortere bølgelængder inden for det synlige lysområde. Den nærliggende stang eller kegle absorberer derefter den kortere bølgelængde og sender et normalt signal til hjernen, som om synligt lys havde ramt nethinden.

"I vores eksperiment, nanopartikler absorberede infrarødt lys omkring 980 nm i bølgelængde og konverterede det til lys, der toppede med 535 nm, hvilket fik det infrarøde lys til at fremstå som farven grøn, " siger Bao.

Forskerne testede nanopartiklerne i mus, hvilken, som mennesker, kan ikke se infrarød naturligt. Mus, der modtog injektionerne, viste ubevidste fysiske tegn på, at de opdagede infrarødt lys, som deres elever strammer, mens mus, der kun blev injiceret med bufferopløsningen, ikke reagerede på infrarødt lys.

For at teste, om musene kunne forstå det infrarøde lys, forskerne opstillede en række labyrintopgaver for at vise, at musene kunne se infrarødt i dagslysforhold, samtidig med synligt lys.

I sjældne tilfælde, bivirkninger fra injektionerne, såsom uklare hornhinder, opstod, men forsvandt inden for mindre end en uge. Dette kan have været forårsaget af injektionsprocessen alene, fordi mus, der kun modtog injektioner af bufferopløsningen, havde en lignende hastighed af disse bivirkninger. Andre test fandt ingen skade på nethindens struktur efter sub-retinale injektioner.

"I vores undersøgelse, vi har vist, at både stænger og kegler binder disse nanopartikler og blev aktiveret af det nære infrarøde lys, " siger Xue. "Så vi tror, ​​at denne teknologi også vil fungere i menneskelige øjne, ikke kun til at generere supervision, men også til terapeutiske løsninger i menneskelige røde farvesynsmangler."

Den nuværende infrarøde teknologi er afhængig af detektorer og kameraer, der ofte er begrænset af omgivende dagslys og har brug for eksterne strømkilder. Forskerne mener, at de bio-integrerede nanopartikler er mere ønskværdige til potentielle infrarøde applikationer i civil kryptering, sikkerhed, og militære operationer. "I fremtiden, vi tror, ​​der kan være plads til at forbedre teknologien med en ny version af organisk baserede nanopartikler, fremstillet af FDA-godkendte forbindelser, som ser ud til at resultere i endnu lysere infrarødt syn, "siger Han.

Forskerne mener også, at der kan gøres mere arbejde for at finjustere nanopartiklernes emissionsspektrum, så det passer til menneskelige øjne, som udnytter flere kegler end stænger til deres centrale syn sammenlignet med musøjne. "Dette er et spændende emne, fordi den teknologi, vi muliggjorde her, i sidste ende kunne gøre det muligt for mennesker at se ud over vores naturlige evner, " siger Xue.