צוות מחקר בראשות פרופ' שו טיאן ופרופ' מ.א. יוקיאן מאוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של סין (USTC), בשיתוף פעולה עם מספר קבוצות מחקר, הצליח לאפשר ראיית צבעים מרחבית-זמנית באינפרא אדום קרוב (NIR) בבני אדם באמצעות עדשות מגע עם המרה מעלה (UCLs). המחקר פורסם באינטרנט ב-Cell ב-22 במאי 2025 (שעון EST), והוצג בהודעה לעיתונות של...לחץ סלולרי.
בטבע, גלים אלקטרומגנטיים משתרעים על פני טווח רחב של אורכי גל, אך העין האנושית יכולה לתפוס רק חלק צר המכונה אור נראה, מה שהופך את אור NIR מעבר לקצה האדום של הספקטרום לבלתי נראה עבורנו.
איור 1. גלים אלקטרומגנטיים וספקטרום אור נראה (תמונה מצוותו של פרופ' XUE)
בשנת 2019, צוות בראשות פרופ' שוּא טיאן, פרופ' מ.א. יוקיאן והאן גאנג השיג פריצת דרך על ידי הזרקת ננו-חומרים בעלי יכולת המרה כלפי מעלה לרשתיות של בעלי חיים, מה שאפשר את יכולת הראייה הראשונה אי פעם של תמונת NIR בעין בלתי מזוינת אצל יונקים. עם זאת, בשל היישום המוגבל של הזרקה תוך-זגוגית בבני אדם, האתגר המרכזי של טכנולוגיה זו טמון ביכולת לאפשר תפיסה אנושית של אור NIR באמצעים לא פולשניים.
עדשות מגע רכות ושקופות העשויות מחומרים פולימריים מרוכבים מספקות פתרון לביש, אך פיתוח ננו-חלקיקים מסוג UCL ניצב בפני שני אתגרים עיקריים: השגת יכולת המרה יעילה, הדורשת סימום של ננו-חלקיקים בעלי המרה גבוהה (UCNPs), ושמירה על שקיפות גבוהה. עם זאת, שילוב ננו-חלקיקים בפולימרים משנה את תכונותיהם האופטיות, מה שמקשה על איזון בין ריכוז גבוה לבין בהירות אופטית.
באמצעות שינוי פני השטח של ננו-חלקיקי UCNP וסינון חומרים פולימריים תואמי מקדם שבירה, פיתחו חוקרים ננו-חלקיקי UCLP (Unclear Clasps) שהשיגו אינטגרציה של UCNP של 7-9% תוך שמירה על שקיפות של מעל 90% בספקטרום הנראה. יתר על כן, ננו-חלקיקי UCL הפגינו ביצועים אופטיים, הידרופיליות וביולוגיות משביעות רצון, כאשר תוצאות הניסוי הראו כי גם מודלים של עכברים וגם אנשים שעונדים את האור יכלו לא רק לזהות אור NIR אלא גם להבדיל בין התדרים הזמניים שלו.
באופן מרשים יותר, צוות המחקר תכנן מערכת משקפיים לבישים המשולבת עם משקפי UCL ודימות אופטימלי כדי להתגבר על המגבלה ש-UCL קונבנציונלי מספקים למשתמשים רק תפיסה גסה של תמונות NIR. התקדמות זו מאפשרת למשתמשים לתפוס תמונות NIR ברזולוציה מרחבית דומה לראיית אור נראה, מה שמאפשר זיהוי מדויק יותר של דפוסי NIR מורכבים.
כדי להתמודד טוב יותר עם הנוכחות הנרחבת של אור NIR רב-ספקטרלי בסביבות טבעיות, חוקרים החליפו עדשות מגע טריכרומטיות בעלות המרה מעלה (tUCLs), שאפשרו למשתמשים להבחין בשלושה אורכי גל NIR שונים ולקלוט ספקטרום צבעי NIR רחב יותר. על ידי שילוב מידע צבעוני, זמני ומרחבי, tUCLs אפשרו זיהוי מדויק של נתונים רב-ממדיים מקודדי NIR, והציעו סלקטיביות ספקטרלית משופרת ויכולות נגד הפרעות.
איור 2. מראה הצבע של דוגמאות שונות (מראות מחזירות אור מדומות עם ספקטרום השתקפות שונה) תחת תאורה נראית ותאורה אינפרא-אדום (NIR), כפי שנצפה דרך מערכת משקפיים לבישים המשולבת עם tUCLs. (תמונה מצוותו של פרופ' XUE)
איור 3. תאי UCL מאפשרים תפיסה אנושית של אור NIR בממדים זמניים, מרחביים וכרומטיים. (תמונה מצוותו של פרופ' XUE)
מחקר זה, שהדגים פתרון לביש לראיית NIR בבני אדם באמצעות UCLs, סיפק הוכחת היתכנות לראיית צבעים ב-NIR ופתח יישומים מבטיחים בתחומי אבטחה, מניעת זיופים וטיפול בליקויים בראיית צבעים.
קישור למאמר:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(נכתב על ידי XU Yehong, SHEN Xinyi, ערוך על ידי ZHAO Zheqian)
זמן פרסום: 07 ביוני 2025