Нейробиологи и материаловеды из Китайского университета науки и технологий создали контактные линзы, которые позволяют видеть в инфракрасном диапазоне как людям, так и мышам, преобразуя инфракрасный свет в видимый. В отличие от инфракрасных очков ночного видения, контактные линзы, описание которых опубликовано в журнале Cell Press, не требуют источника питания и позволяют владельцу воспринимать несколько длин инфракрасных волн. Поскольку они прозрачны, пользователи могут видеть одновременно инфракрасный и видимый свет, хотя инфракрасное зрение усиливалось, когда у участников были закрыты глаза.
«Наше исследование открывает потенциал для неинвазивных носимых устройств, позволяющих наделять людей сверхзрением», — говорит старший автор работы Тянь Сюэ, нейробиолог из Университета науки и техники Китая. «У этого материала уже сейчас есть множество потенциальных применений. Например, мерцающий инфракрасный свет можно использовать для передачи информации в системах безопасности, спасения, шифрования или защиты от подделок».
В технологии контактных линз используются наночастицы, которые поглощают инфракрасный свет и преобразуют его в видимые глазом млекопитающего длины волн (например, электромагнитное излучение в диапазоне 400-700 нм). Наночастицы позволяют обнаруживать «ближний инфракрасный свет», то есть инфракрасное излучение в диапазоне 800-1600 нм, за пределами того, что человек может видеть. Ранее команда показала, что эти наночастицы обеспечивают инфракрасное зрение у мышей при введении в сетчатку глаза, но ученые хотели разработать менее инвазивный вариант.
Чтобы создать контактные линзы, команда соединила наночастицы с гибкими, нетоксичными полимерами, которые используются в стандартных мягких контактных линзах. Доказав, что линзы нетоксичны, ученые проверили их работу на людях и мышах.
Было обнаружено, что мыши, носящие контактные линзы, демонстрировали поведение, указывающее на то, что они могут видеть инфракрасные волны. Например, когда животным предлагали на выбор темную коробку и коробку с инфракрасной подсветкой, мыши с контактными линзами выбирали темную коробку, в то время как мыши без контактных линз не проявляли никаких предпочтений. У мышей также наблюдались физиологические признаки инфракрасного зрения: зрачки носящих линзы животных сужались в присутствии инфракрасного света, а визуализация мозга показала, что инфракрасный свет заставлял загораться их центры обработки зрительных сигналов.
У людей инфракрасные контактные линзы позволили участникам точно распознавать мигающие сигналы, похожие на азбуку Морзе, и воспринимать направление входящего инфракрасного света. «Это совершенно очевидно: без контактных линз испытуемые ничего не видят, но когда они надевают их, то отчетливо видят мерцание инфракрасного света», — говорит Сюэ. «Мы также обнаружили, что когда испытуемые закрывают глаза, они еще лучше воспринимают мерцающую информацию, потому что ближний инфракрасный свет проникает через веки более эффективно, чем видимый, поэтому помех от видимого света меньше».
Дополнительное усовершенствование контактных линз позволяет отличать разные спектры инфракрасного света благодаря тому, что наночастицы окрашивают разные длины инфракрасных волн. Например, волны длиной 980 нм преобразуются в синий свет, волны длиной 808 нм — в зеленый, а длиной 1 532 нм — в красный. Помимо того, что наночастицы с цветовым кодированием позволяют воспринимать больше деталей в инфракрасном спектре, они могут быть модифицированы, чтобы помочь дальтоникам видеть длины волн, которые они иначе не смогли бы обнаружить. «Преобразуя красный видимый свет в нечто похожее на зеленый, эта технология может сделать невидимое видимым для дальтоников», — говорит Сюэ.
Поскольку контактные линзы обладают ограниченной способностью улавливать мелкие детали (из-за их близкого расположения к сетчатке, что приводит к рассеиванию преобразованных частиц света), команда разработала носимую стеклянную систему с использованием той же технологии наночастиц, которая позволила воспринимать инфракрасную информацию с более высоким разрешением.
В настоящее время контактные линзы способны обнаруживать только инфракрасное излучение, проецируемое светодиодным источником света, но исследователи работают над повышением чувствительности наночастиц, чтобы они могли обнаруживать более низкие уровни инфракрасного света.
[Фото: Yuqian Ma, Yunuo Chen, Hang Zhao]
