Биоинтегрированные наночастицы позволяют мышам видеть как инфракрасный, так и видимый свет

Биоинтегрированные наночастицы позволяют мышам видеть как инфракрасный, так и видимый свет

1 2019

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Cell 28 февраля th 2019, мыши могут видеть как инфракрасный, так и видимый свет, когда их зрение улучшается с помощью нанотехнологий .

Этот графический реферат показывает, как частицы, связывающиеся с инъекцией фоторецепторов, способны преобразовывать фотоны из высокоэнергетических форм. мыши развивают инфракрасное зрение без ущерба для нормального зрения и связанных с ним поведенческих реакций. (КРЕДИТ: Ma et al. / Current Biology)

Когда в глаза мышей вводили наночастицы, они унаследовали способность видеть инфракрасный свет в течение примерно 10 недель с уменьшенными побочными эффектами, позволяя им видеть этот свет даже в условиях дневного света и с достаточной специфичностью, чтобы различать различные формы. Это прорывное открытие может проложить путь к значительным разработкам в области технологий инфракрасного зрения человека, включая многообещающие приложения в военных операциях, безопасности и гражданском шифровании.

Млекопитающие, включая человека, способны видеть только диапазон длин волн света, известный как видимый свет, который содержит длины волн радуги. Тем не менее, инфракрасное излучение можно найти по всей окружающей среде. Такие излучения имеют большую длину волны. Инфракрасный свет излучается животными, людьми и объектами, потому что все они, как правило, выделяют тепло, и инфракрасный свет также может отражаться объектами.

Видимый свет, который может восприниматься естественным зрением человека, занимает лишь очень небольшую часть электромагнитного спектра. Электромагнитные волны длиннее или короче видимого света несут много информации .

Тянь Сюэ, старший автор исследования, Университет науки и техники Китая.

Многопрофильная команда исследователей разработала нанотехнологию для работы с существующими структурами глаза. Группу возглавляли Сюэ и Цзинь Бао из Китайского университета науки и техники, а также Ганг Хан из Медицинской школы Массачусетского университета.

« Когда свет попадает в глаз и попадает на сетчатку, палочки и колбочки – или фоторецепторные клетки – поглощают фотоны с длинами волн видимого света и посылают соответствующие электрические сигналы в мозг », – заявил Хан. « Поскольку длины волн инфракрасного излучения слишком велики для поглощения фоторецепторами, мы не можем их воспринимать ».

В этом анализе исследователи создали наночастицы, которые не только плотно прикрепляются к фоторецепторным клеткам, но и служат очень маленькими преобразователями инфракрасного света. Как только сетчатка поражается инфракрасным светом, более длинные инфракрасные волны захватываются наночастицами, и эти частицы выделяют более короткие волны в диапазоне видимого света. Более короткая длина волны, в свою очередь, поглощается близлежащим конусом или стержнем и впоследствии отправляется в виде нормального сигнала в мозг, как если бы сетчатка была поражена видимым светом.

« В нашем эксперименте наночастицы поглощали инфракрасный свет с длиной волны около 980 нм и преобразовывали его в свет с пиком при 535 нм, что делало инфракрасный свет зеленым цветом », – заявил Бао.

Для своего эксперимента команда проверила наночастицы на мышах, которые, как и люди, не способны видеть инфракрасный свет естественным путем. Мыши, которым инъецировали наночастицы, имели бессознательные физические признаки, например, их зрачки были сужены, что указывало на то, что они могли обнаруживать инфракрасный свет, тогда как мыши, которые получали только буферный раствор, не реагировали на инфракрасный свет.

Чтобы дополнительно проверить, способны ли эти животные воспринимать инфракрасный свет, команда создала множество задач лабиринта, чтобы продемонстрировать, что мыши могут обнаруживать инфракрасный свет даже в течение дня, одновременно с видимым светом.

В исключительных случаях инъекции вызывали побочные эффекты, такие как облачность роговицы, но они исчезали в течение недели. Считается, что процесс инъекции мог вызвать побочные эффекты, потому что мыши, которым вводили только буферный раствор, также демонстрировали аналогичную скорость этих побочных эффектов. Кроме того, другие тесты не выявили какого-либо повреждения структуры сетчатки после субретинальных инъекций.

В нашем исследовании мы показали, что палочки и колбочки связывают эти наночастицы и активируются ближним инфракрасным светом. Таким образом, мы считаем, что эта технология будет работать и в человеческих глазах, не только для создания сверхвидения, но также и для терапевтических решений при дефиците красного цвета у человека .

Тянь Сюэ, старший автор исследования, Университет науки и техники Китая.

Существующая инфракрасная технология зависит от камер и детекторов, которые обычно ограничены окружающим дневным светом и требуют внешних источников питания. По словам исследователей, биоинтегрированные наночастицы демонстрируют перспективу потенциального использования инфракрасного света в целях безопасности, гражданского шифрования и военных операциях.

« В будущем, мы думаем, что может быть место для улучшения технологии с новой версией наночастиц на органической основе, изготовленных из одобренных FDA соединений, которые, как представляется, приводят к еще более яркому инфракрасному зрению ”, Заявил Хан.

Команда также считает, что можно провести больше исследований для улучшения спектра излучения наночастиц для соответствия человеческим глазам, которые, как известно, используют больше колбочек, чем палочек для своего центрального зрения, в отличие от глаз мыши.

« Это захватывающий предмет, потому что технология, которую мы здесь сделали возможной, может в конечном итоге позволить людям увидеть за пределами наших природных возможностей », – сказал Сюэ.

Исследование было поддержано Программой стратегических приоритетных исследований Академии наук Китая, Национальной программой исследований и развития Китая, Национальным фондом естественных наук Китая, Национальными институтами здравоохранения, премией UMass OTCV и Премия Муста Катлера Фонда Вустера и научная программа «Граница человека».

Source link