Контактні лінзи дають людям інфрачервоне бачення

Дослідники з Китайського університету науки і технологій у Хефеї створили революційні контактні лінзи, які надають людям здатність бачити інфрачервоне світло без використання громіздких приладів нічного бачення. Ця технологія працює навіть тоді, коли люди заплющують очі.

Команда вчених під керівництвом спеціалістів з Китайського університету науки і технологій наділила лінзи цією унікальною властивістю, вбудувавши в них наночастинки, які перетворюють ближнє інфрачервоне світло в діапазоні 800−1600 нанометрів на коротшохвильове видиме світло в діапазоні 400−700 нанометрів, яке можуть сприймати люди. За оцінками дослідників, виробництво однієї пари таких лінз коштує близько 200 доларів США.

Технологія, детально описана в журналі Cell 22 травня, викликала захоплення в науковому співтоваристві. Сяомін Лі, хімік з Фуданського університету в Шанхаї, назвав цю розробку неймовірно крутою, схожою на щось із науково-фантастичного фільму. За його словами, вона відкриває нові можливості для розуміння світу навколо нас.

Ближнє інфрачервоне світло знаходиться поза межами діапазону довжин хвиль, які люди зазвичай можуть виявляти. Деякі тварини здатні сприймати інфрачервоне світло, хоча, ймовірно, недостатньо добре для формування зображень. Прилади нічного бачення дозволяють людям бачити інфрачервоне випромінювання, але вони громіздкі та потребують джерела живлення для роботи.

Нові лінзи уникають цих обмежень, одночасно пропонуючи багатші, багатокольорові інфрачервоні зображення, які прилади нічного бачення, що працюють у монохромній зеленій гамі, зазвичай не забезпечують. Однак лінзи мають власні недоліки. Оскільки вбудовані наночастинки розсіюють світло, зображення, які створюють лінзи, виходять розмитими. Команда частково виправила це, помістивши технологію в окуляри з додатковими лінзами, які перенаправляють світло.

Крім того, на відміну від приладів нічного бачення, які підсилюють світло для виявлення слабких інфрачервоних сигналів, лінзи дозволяють користувачам бачити лише інтенсивні інфрачервоні сигнали, такі як ті, що випромінюються світлодіодами. З цих причин деякі критики не вважають, що лінзи виявляться корисними.

Глен Джефрі, нейробіолог з Університетського коледжу Лондона, який спеціалізується на здоров'ї очей, заявив, що не може придумати жодного застосування, яке не було б принципово простішим з інфрачервоними окулярами. За його словами, еволюція уникала цього з вагомої причини.

Тим не менш, автори вважають, що їхні лінзи можна додатково оптимізувати, і передбачають кілька можливих застосувань для винаходу. Наприклад, користувачі зможуть читати антипідробні позначки, які випромінюють інфрачервоні довжини хвиль, але в іншому випадку невидимі для людського ока, каже співавтор Юцянь Ма, нейробіолог з Китайського університету науки і технологій.

Лі, який не брав участі в роботі, пропонує іншу можливість: лінзи можуть носити лікарі під час проведення ближньої інфрачервоної флуоресцентної хірургії для безпосереднього виявлення та видалення ракових уражень без покладання на громіздке традиційне обладнання.

Для створення контактних лінз вчені спиралися на попередні дослідження, в яких вони надали мишам інфрачервоне бачення, вводячи наночастинки в сітківку тварин. Цього разу вони застосували менш інвазивний підхід і додали наночастинки, виготовлені з рідкоземельних металів, включаючи ітербій та ербій, до суміші полімерних будівельних блоків для формування м'яких лінз, а потім перевірили їх на безпеку.

Основним викликом, каже Ма, було упакувати достатню кількість наночастинок у лінзи для перетворення достатньої кількості інфрачервоного світла на видиме світло, яке можна виявити, не змінюючи при цьому інших оптичних властивостей лінз, включаючи їхню прозорість.

Тести на мишах показали, що тварини, які носили лінзи, мали тенденцію вибирати темну коробку, яка вважалася безпечною, а не ту, що освітлювалася інфрачервоним світлом, тоді як миші без лінз не виявляли переваги до жодної з коробок. Люди, які носили лінзи, могли бачити мерехтливе інфрачервоне світло від світлодіода достатньо добре, щоб як сприймати сигнали азбуки Морзе, так і відчувати, з якого напрямку надходять сигнали.

Продуктивність лінз навіть покращувалася, коли учасники заплющували очі, оскільки ближнє інфрачервоне світло легко проникає крізь повіки, тоді як видиме світло, яке могло б заважати формуванню зображення, робить це меншою мірою. Ма розповідає, що спостерігати за людьми, які носять контактні лінзи і успішно бачать інфрачервоні спалахи, було безсумнівно захоплюючим моментом.

Команда тепер планує знайти способи втиснути більше наночастинок у лінзи і сподівається розробити частинки, які можуть перетворювати світло з вищою ефективністю, щоб покращити чутливість технології. Ма зазначає, що вони подолали фізіологічні обмеження людського зору, ніби відкривши абсолютно нове вікно у світ.

Розробка китайських вчених представляє значний крок вперед у галузі біомедичних технологій та може мати широке застосування в різних сферах, від медицини до безпеки. Хоча технологія ще потребує вдосконалення, особливо щодо чіткості зображення та чутливості до слабких сигналів, вона демонструє потенціал для революційних змін у тому, як люди сприймають навколишній світ.