Möss med syn förbättrad av nanoteknik kunde se både infrarött ljus och synligt ljus, rapporterar en studie publicerad 28 februari i tidningen Cell . En enda injektion av nanopartiklar i mössens ögon gav infraröd syn i upp till 10 veckor med minimala biverkningar, så att de kan se infrarött ljus även under dagen och med tillräckligt specificitet för att skilja mellan olika former. Dessa resultat kan leda till framsteg inom mänsklig teknik för infraröd syn, inklusive potentiella applikationer inom civil kryptering, säkerhet, och militära operationer.

Människor och andra däggdjur är begränsade till att se en rad våglängder av ljus som kallas synligt ljus, som inkluderar regnbågens våglängder. Men infraröd strålning, som har en längre våglängd, finns runt omkring oss. Människor, djur och föremål avger infrarött ljus när de avger värme, och föremål kan också reflektera infrarött ljus.

"Det synliga ljuset som kan uppfattas av människans naturliga syn upptar bara en mycket liten del av det elektromagnetiska spektrumet, "säger seniorförfattaren Tian Xue vid Kinas universitet för vetenskap och teknik." Elektromagnetiska vågor som är längre eller kortare än synligt ljus bär mycket information. "

En tvärvetenskaplig grupp forskare under ledning av Xue och Jin Bao vid University of Science and Technology i Kina samt Gang Han vid University of Massachusetts Medical School, utvecklat nanotekniken för att arbeta med ögats befintliga strukturer.

"När ljuset kommer in i ögat och träffar näthinnan, stavarna och kottarna - eller fotoreceptorceller - absorberar fotonerna med synliga ljusvåglängder och skickar motsvarande elektriska signaler till hjärnan, "säger Han." Eftersom infraröda våglängder är för långa för att absorberas av fotoreceptorer, vi kan inte uppfatta dem. "

I den här studien, forskarna gjorde nanopartiklar som kan förankra tätt till fotoreceptorceller och fungera som små infraröda ljusomvandlare. När infrarött ljus träffar näthinnan, nanopartiklarna fångar upp de längre infraröda våglängderna och avger kortare våglängder inom det synliga ljusområdet. Den närliggande stången eller konen absorberar sedan den kortare våglängden och skickar en normal signal till hjärnan, som om synligt ljus hade träffat näthinnan.

"I vårt experiment, nanopartiklar absorberade infrarött ljus runt 980 nm i våglängd och omvandlade det till ljus med en topp på 535 nm, vilket fick det infraröda ljuset att se ut som färgen grön, "säger Bao.

Forskarna testade nanopartiklarna hos möss, som, som människor, kan inte se infrarött naturligt. Möss som fick injektionerna visade omedvetna fysiska tecken på att de upptäckte infrarött ljus, som deras elever stramar ihop, medan möss som injicerats med endast buffertlösningen inte svarade på infrarött ljus.

För att testa om mössen kunde känna av det infraröda ljuset, forskarna inrättade en serie labyrintuppgifter för att visa att mössen kunde se infrarött under dagsljus, samtidigt med synligt ljus.

I sällsynta fall, biverkningar från injektionerna som grumliga hornhinnor inträffade men försvann inom mindre än en vecka. Detta kan ha orsakats av enbart injektionsprocessen eftersom möss som endast fick injektioner av buffertlösningen hade en liknande hastighet av dessa biverkningar. Andra tester fann ingen skada på näthinnans struktur efter sub-retinala injektioner.

"I vår studie, vi har visat att både stavar och kottar binder dessa nanopartiklar och aktiverades av det nära infraröda ljuset, "säger Xue." Så vi tror att denna teknik också kommer att fungera i mänskliga ögon, inte bara för att skapa supersyn utan också för terapeutiska lösningar vid mänskliga röda synunderskott. "

Nuvarande infraröd teknik bygger på detektorer och kameror som ofta begränsas av dagsljus och behöver externa strömkällor. Forskarna tror att de biointegrerade nanopartiklarna är mer önskvärda för potentiella infraröda applikationer inom civil kryptering, säkerhet, och militära operationer. "I framtiden, vi tror att det kan finnas utrymme att förbättra tekniken med en ny version av organiskt baserade nanopartiklar, tillverkad av FDA-godkända föreningar, som verkar resultera i ännu ljusare infraröd syn, säger Han.

Forskarna tror också att mer arbete kan göras för att finjustera nanopartiklarnas emissionsspektrum för att passa mänskliga ögon, som använder fler kottar än stavar för deras centrala syn jämfört med musögon. "Detta är ett spännande ämne eftersom tekniken vi möjliggjorde här kan så småningom göra det möjligt för människor att se bortom våra naturliga förmågor, "säger Xue.