Фильмы с участием героев со сверхспособностями, такими как полет, рентгеновское зрение или нечеловеческая сила всегда в моде. Но, в то время как эти популярные персонажи - всего лишь полеты фантазии, ученые разработали методику использования наночастиц, способные наделить обычных мышей настоящей суперсилой: способностью видеть ближний инфракрасный свет. Уже сегодня ученые сообщают о прогрессе в создании версии этих наночастиц, которые могли бы дать ночное зрение людям.
Исследователи представят свои результаты на национальной выставке Американского химического общества (ACS) осенью 2019 года.
"Когда мы смотрим на Вселенную, мы различаем только видимый свет", - говорит Ган Хан, доктор философии, главный исследователь проекта. -Но если бы у нас было ближнее инфракрасное зрение, мы могли бы увидеть Вселенную совершенно по-новому. Мы могли бы заниматься инфракрасной астрономией невооруженным глазом или иметь ночное видение без громоздкого оборудования."
Глаза людей и других млекопитающих могут воспринимать свет в диапазоне длин волн от 400 до 700 нанометров (нм). С другой стороны, ближний инфракрасный свет (NIR) имеет более длинные волны - от 750 нм до 1,4 мкм. Тепловизионные камеры могут помочь людям видеть в темноте, обнаруживая NIR-излучение, испускаемое организмами или объектами, но эти устройства обычно громоздки и неудобны. Хан и его коллеги задались вопросом, могут ли они дать мышам NIR-зрение, вводя в их глаза специальный наноматериал, называемый upconversion nanoparticles (UCNP). Эти наночастицы, которые содержат редкоземельные элементы эрбий и иттербий, могут преобразовывать низкоэнергетические фотоны из ближнего инфракрасного излучения в более высокоэнергетический зеленый свет, который могут видеть глаза млекопитающих.
В работе, опубликованной ранее в этом году, исследователи из Медицинской школы Университета Массачусетса нацелили UCNP на фоторецепторы в глазах мыши, прикрепив белок, который сможет соединиться с молекулой сахара на поверхности фоторецептора. Затем они ввели подготовленный UCNP за сетчатку мышей. Чтобы определить, могут ли мыши видеть и мысленно обрабатывать NIR-свет, группа провела несколько физиологических и поведенческих тестов. В одном из тестов исследователи поместили мышей в Y-образный резервуар с водой. У одного рукава резервуара была платформа, на которую мыши могли взобраться и выбраться из воды. Исследователи научили мышей плыть в направлении видимого света в форме треугольника, который обозначил путь к спасению. Точно так же они обозначили рукав, где не было платформы, только свет имел форму круга. Затем исследователи заменили видимый свет на инфракрасный. «Мыши с инъекцией частиц ясно видели треугольник и плыли к нему, но мыши без инъекции не могли видеть или различать разницу между двумя формами», - говорит Хан.
Хотя наночастицы сохранялись в глазах мышей в течение по крайней мере 10 недель и не вызывали каких-либо заметных побочных эффектов, Хан хочет улучшить безопасность и чувствительность наноматериалов, прежде чем испытать их на людях. «UCNP у нас неорганические, и здесь есть некоторые недостатки», - говорит Хан. «Биосовместимость не совсем ясна, и нам нужно улучшить яркость наночастиц для использования человеком». Сейчас команда экспериментирует с UCNP, состоящими из двух органических красителей вместо редкоземельных элементов. «Мы показали, что можно создать органические UCNP с гораздо более высоким показателем яркости по сравнению с неорганическими», - говорит он. Эти органические наночастицы могут излучать зеленый и синий свет. В дополнение к улучшенным свойствам, органические красители могут также иметь меньше противопоказаний.
Одним из следующих шагов проекта может стать испытание технологии на лучшем друге человека. «Если бы у нас была супер-собака, которая могла видеть инфракрасный свет, мы могли бы помечать им нарушителей закона на расстоянии, и собака смогла бы ловить их, не мешая другим людям», - говорит Хан. Помимо сверхспособности, технология также может иметь важные медицинские применения, такие как лечение заболеваний глаз.
Источник: www.acs.org