Nanopartikler kunne en dag give mennesker indbygget nattesyn

Film med helte med supermagter, såsom flyvning, Røntgensyn eller ekstraordinær styrke, er alle raseri. Men mens disse populære figurer kun er fantasiflyvninger, forskere har brugt nanopartikler til at give almindelige mus en reel supermagt:evnen til at se nær-infrarødt lys. I dag, forskere rapporterer fremskridt med at lave versioner af disse nanopartikler, der en dag kunne give indbygget nattesyn til mennesker.

Forskerne vil præsentere deres resultater på American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Når vi ser på universet, vi ser kun synligt lys, "siger Gang Han, Ph.d., projektets hovedforsker, der præsenterer arbejdet på mødet. "Men hvis vi havde nær-infrarød vision, vi kunne se universet på en helt ny måde. Vi kan muligvis lave infrarød astronomi med det blotte øje, eller have nattesyn uden omfangsrig udstyr. "

Mennesker og andre pattedyrs øjne kan registrere lys mellem bølgelængderne på 400 og 700 nanometer (nm). Nær-infrarødt (NIR) lys, på den anden side, har længere bølgelængder - 750 nm til 1,4 mikrometer. Termiske billedkameraer kan hjælpe folk med at se i mørket ved at registrere NIR -stråling, der afgives af organismer eller genstande, men disse enheder er typisk omfangsrige og ubelejlige. Han og hans kolleger spekulerede på, om de kunne give mus NIR -syn ved at injicere en særlig type nanomateriale, kaldet upconversion nanopartikler (UCNP'er), i deres øjne. Disse nanopartikler, som indeholder sjældne jordartselementer erbium og ytterbium, kan konvertere lavenergifotoner fra NIR-lys til grønt lys med højere energi, som pattedyrsøjne kan se.

I et arbejde, der blev offentliggjort tidligere på året, forskerne, der er på University of Massachusetts Medical School, målrettet UCNP'er til fotoreceptorer i musøjne ved at vedhæfte et protein, der binder til et sukkermolekyle på fotoreceptoroverfladen. Derefter, de injicerede fotoreceptorbindende UCNP'er bag nethinden hos musene. For at afgøre, om de injicerede mus kunne se og mentalt behandle NIR -lys, holdet gennemførte flere fysiologiske og adfærdsmæssige tests. For eksempel, i en test, forskerne placerede musene i en Y-formet tank med vand. En gren af ​​tanken havde en platform, som musene kunne klatre på for at undslippe vandet. Forskerne trænede musene til at svømme mod synligt lys i form af en trekant, som markerede flugtvejen. En lignende tændt cirkel markerede grenen uden en platform. Derefter, forskerne erstattede det synlige lys med NIR -lys. "Musene med partikelinjektionen kunne tydeligt se trekanten og svømme til den hver gang, men musene uden injektion kunne ikke se eller fortælle forskellen mellem de to former, "siger Han.

Selvom UCNP'erne vedvarede i musens øjne i mindst 10 uger og ikke forårsagede nogen mærkbare bivirkninger, Han ønsker at forbedre nanomaterialernes sikkerhed og følsomhed, før han overvejer at prøve dem hos mennesker. "UCNP'erne i vores publicerede papir er uorganiske, og der er nogle ulemper der, "Han siger." Biokompatibiliteten er ikke helt klar, og vi er nødt til at forbedre lysstyrken af ​​nanopartiklerne til menneskelig brug. "Nu, holdet eksperimenterer med UCNP'er bestående af to organiske farvestoffer, i stedet for sjældne jordarter. "Vi har vist, at vi kan lave organiske UCNP'er med meget forbedret lysstyrke sammenlignet med de uorganiske, "siger han. Disse organiske nanopartikler kan udsende enten grønt eller blåt lys. Ud over at have forbedrede egenskaber, de organiske farvestoffer kunne også have færre regulatoriske forhindringer.

Et af de næste trin for projektet kan være at oversætte teknologien til menneskets bedste ven. "Hvis vi havde en super hund, der kunne se NIR lys, vi kunne projicere et mønster på en lovbryderes krop på afstand, og hunden kunne fange dem uden at forstyrre andre mennesker, "Siger Han. Superhelte kræfter til side, teknologien kan også have vigtige medicinske anvendelser, såsom behandling af øjensygdomme. "Vi ser faktisk på, hvordan man bruger NIR -lys til at frigive et lægemiddel fra UNCP'erne specifikt til fotoreceptorerne, "Siger Han.