Un team di ricerca guidato dal Prof. XUE Tian e dal Prof. MA Yuqian dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina (USTC), in collaborazione con diversi gruppi di ricerca, ha reso possibile la visione spaziotemporale dei colori nel vicino infrarosso (NIR) attraverso lenti a contatto a conversione positiva (UCL). Lo studio è stato pubblicato online su Cell il 22 maggio 2025 (EST) ed è stato presentato in un comunicato stampa.Cell Press.
In natura, le onde elettromagnetiche coprono un'ampia gamma di lunghezze d'onda, ma l'occhio umano può percepire solo una porzione ristretta, nota come luce visibile, rendendo invisibile la luce NIR oltre l'estremità rossa dello spettro.
Fig. 1. Onde elettromagnetiche e spettro della luce visibile (immagine del team del Prof. XUE)
Nel 2019, un team guidato dal Prof. XUE Tian, MA Yuqian e HAN Gang ha raggiunto un traguardo rivoluzionario iniettando nanomateriali di upconversion nelle retine di animali, consentendo per la prima volta la visione di immagini NIR a occhio nudo nei mammiferi. Tuttavia, a causa della limitata applicabilità dell'iniezione intravitreale negli esseri umani, la sfida principale per questa tecnologia risiede nel consentire la percezione umana della luce NIR attraverso mezzi non invasivi.
Le lenti a contatto morbide trasparenti realizzate in compositi polimerici offrono una soluzione indossabile, ma lo sviluppo di lenti a contatto UCL presenta due sfide principali: raggiungere un'efficiente capacità di upconversion, che richiede il drogaggio con nanoparticelle ad alta upconversion (UCNP), e mantenere un'elevata trasparenza. Tuttavia, l'incorporazione di nanoparticelle nei polimeri ne altera le proprietà ottiche, rendendo difficile bilanciare l'elevata concentrazione con la chiarezza ottica.
Attraverso la modifica della superficie delle UCNP e lo screening di materiali polimerici con indice di rifrazione corrispondente, i ricercatori hanno sviluppato UCL che raggiungono un'integrazione delle UCNP del 7-9%, mantenendo al contempo una trasparenza superiore al 90% nello spettro visibile. Inoltre, le UCL hanno dimostrato prestazioni ottiche, idrofilia e biocompatibilità soddisfacenti, con risultati sperimentali che hanno dimostrato che sia i modelli murini che gli utilizzatori umani erano in grado non solo di rilevare la luce NIR, ma anche di differenziarne le frequenze temporali.
Ancora più impressionante, il team di ricerca ha progettato un sistema di occhiali indossabili integrato con lenti a contatto a luce diffusa (UCL) e imaging ottico ottimizzato per superare il limite per cui le lenti a contatto a luce diffusa convenzionali forniscono agli utenti solo una percezione grossolana delle immagini NIR. Questo progresso consente agli utenti di percepire le immagini NIR con una risoluzione spaziale paragonabile alla visione a luce visibile, consentendo un riconoscimento più accurato di pattern NIR complessi.
Per far fronte alla diffusa presenza di luce NIR multispettrale negli ambienti naturali, i ricercatori hanno sostituito le tradizionali lenti a contatto UCNP con lenti a contatto tricromatiche per sviluppare lenti a contatto tricromatiche a conversione positiva (tUCL), che hanno permesso agli utenti di distinguere tre distinte lunghezze d'onda NIR e di percepire uno spettro di colori NIR più ampio. Integrando informazioni cromatiche, temporali e spaziali, le tUCL hanno consentito un riconoscimento preciso dei dati multidimensionali codificati nel NIR, offrendo una migliore selettività spettrale e capacità anti-interferenza.
Fig. 2. L'aspetto cromatico di vari pattern (specchi riflettenti simulati con diversi spettri di riflessione) sotto illuminazione visibile e NIR, come osservati attraverso il sistema di occhiali indossabili integrato con tUCL. (Immagine del team del Prof. XUE)
Fig. 3. Gli UCL consentono la percezione umana della luce NIR nelle dimensioni temporali, spaziali e cromatiche. (Immagine del team del Prof. XUE)
Questo studio, che ha dimostrato una soluzione indossabile per la visione NIR negli esseri umani tramite UCL, ha fornito una prova di concetto per la visione dei colori NIR e ha aperto promettenti applicazioni nella sicurezza, nella lotta alla contraffazione e nel trattamento dei deficit della visione dei colori.
Link al documento:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Scritto da XU Yehong, SHEN Xinyi, a cura di ZHAO Zheqian)
Data di pubblicazione: 07-06-2025