Наночастицы могут однажды дать человеку встроенный ночного видения

Фильмы с участием героев со сверхспособностями, такие как полет, рентгеновское зрение или необычайной силы, весь гнев. Но пока эти популярные персонажи являются лишь полет фантазии, ученые использовали наночастицы для придания реальной сверхдержавой на обычных мышей: способность видеть инфракрасный свет. Сегодня ученые отмечают прогресс в версии этих наночастиц, которые могли бы когда-нибудь дать встроенный ночного видения для человека.

Исследователи представят свои результаты на Американского химического общества (ACS) осенью 2019 Национального собрания и выставки.

«Когда мы смотрим на вселенную, мы видим только видимый свет», — говорит Хан Ган, доктор философии, главный исследователь проекта, который представляет работу на заседании. «Но если бы мы имели ближнего инфракрасного видения, мы могли видеть Вселенную в целом по-новому. Мы могли бы сделать инфракрасную астрономию невооруженным глазом, или ночного видения без громоздкого оборудования».

Глаза человека и других млекопитающих можно обнаружить свет между длинами волн 400 и 700 нанометров (Нм). Ближнего инфракрасного (NIR) свет, с другой стороны, имеет более длинные волны — 750 Нм до 1,4 мкм. Тепловизионные камеры могут помочь людям видеть в темноте, обнаруживая НИР излучения испускает организмы или предметы, но эти устройства, как правило, громоздкие и неудобные. Хан и его коллеги задавались вопросом, могут ли они дать мыши НИР зрение с помощью инъекций специального типа наноматериала, называется апконверсия наночастиц (UCNPs), в их глазах. Эти наночастицы, которые содержат РЗЭ эрбия и иттербия, может конвертировать низкоэнергетических фотонов от света НИР в высшей энергией зеленого света, что млекопитающих глаза могут видеть.

В работе, опубликованной в начале этого года, исследователи, которые в Университете штата Массачусетс Медицинской школы, адресные UCNPs для фоторецепторов в глазах мыши путем присоединения белок, который связывается с молекулой сахара на поверхности фоторецептора. Затем они вводят фоторецептор-привязка UCNPs позади сетчатки у мышей. Чтобы определить, вводили мышам мог видеть и умственно процесс света NIR, команда провела несколько физиологических и поведенческих тестов. Например, в одном тесте, исследователи поместили мышей в Y-образный резервуар с водой. Одна ветка танка была платформа, что мыши могут подняться на, чтобы избежать воды. Исследователи обучили мышей, чтобы плыть к видимого света в форме треугольника, на которой отмечены пути эвакуации. Аналогично освещенный круг с надписью филиала без платформы. Затем исследователи заменили видимого света с света NIR. «Мыши при введении частиц мог видеть треугольник четко и плавать каждый раз, но мышей без укола не мог видеть или сказать, разница между двумя формами», — говорит Хан.

Хотя UCNPs сохранялась в глаза мышей в течение не менее 10 недель и не вызывают каких-либо заметных побочных эффектов, Хан хочет улучшить безопасность и чувствительность наноматериалов, прежде чем он созерцает их в люди. «В UCNPs в нашей публикации, неорганической, и здесь есть недостатки», — говорит Хан. «Биосовместимость не вполне ясна, и мы должны улучшить яркость наночастиц для использования человеком.» Теперь, команда экспериментирует с UCNPs состоит из двух органических красителей, вместо редкоземельных элементов. «Мы показали, что мы можем сделать органические UCNPs с значительно улучшенную яркость по сравнению с неорганическим», — говорит он. Эти органические наночастицы могут излучать зеленый или синий свет. В дополнение к улучшенным свойствам органические красители также могут иметь меньше регуляторных барьеров.

Одним из следующих шагов проекта может быть перевод технологии для лучшего друга человека. «Если бы у нас была супер собака, которая могла видеть света NIR, мы можем вывести закономерность на злоумышленников и тела с расстояния, и собака могла их поймать не мешая другим людям», — говорит Хан. Суперсилы в сторону, эта технология также может иметь важные применения в медицине, таких как лечение заболеваний глаз. «Мы на самом деле глядя на то, как использовать свет НИР освободить препарат от UNCPs непосредственно на фоторецепторы», — говорит Хан.