Các nhà khoa học vừa thực hiện một bước quan trọng hướng tới việc tiêm mắt với tầm nhìn ban đêm
Các nhà khoa học vừa thực hiện một bước quan trọng hướng tới việc tiêm mắt với tầm nhìn ban đêm
Một công nghệ nano mới đáng kinh ngạc một ngày nào đó có thể cho phép chúng ta nhìn thấy trong bóng tối. Nó hoạt động trên chuột, và có rất ít điều để nói rằng nó sẽ không hiệu quả như nhau đối với các động vật có vú khác. Hạn chế duy nhất - làm thế nào bạn có kim tiêm vào nhãn cầu?
Nghiên cứu do Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc dẫn đầu đã tạo ra các hạt bám vào các tế bào phát hiện ánh sáng trong võng mạc và giúp chúng phản ứng với các bước sóng gần hồng ngoại (NIR).
Mặt sau của mắt chúng ta, nơi có võng mạc, hoạt động giống như một màn hình tivi ngược lại. Khi quang phổ đầy đủ rơi vào các tế bào của nó, một số bước sóng kích hoạt các phản ứng hóa học mà chúng ta nhận thấy là màu sắc hoặc cường độ.
Các tế bào hình que cho biết não của chúng ta sáng như thế nào. Chúng phản ứng mạnh với các sóng ánh sáng có kích thước khoảng 500 nanomet, nhưng đấu tranh để đáp ứng với bất cứ thứ gì trên 640 nanomet, vào phần màu đỏ của quang phổ.
Chúng tôi cũng có ba loại tế bào quang thụ thể hình nón 'hình nón' , mỗi loại nhạy cảm với các phần phổ của chúng. Kết hợp lại, chúng cung cấp cho bộ não của chúng ta những chi tiết cần thiết để phân biệt màu sắc.
Nhưng những hình nón đó cũng không phát hiện ra ánh sáng dài hơn khoảng 700 nanomet, điều đó có nghĩa là bất cứ thứ gì nằm ngoài phần màu đỏ của quang phổ là hoàn toàn vô hình đối với chúng ta.
Thật là xấu hổ. Những gì trông giống như bóng tối đối với chúng ta thường được rửa trong các phần năng lượng thấp, bước sóng thấp của quang phổ. Một số động vật , chẳng hạn như rắn và ếch, đã phát triển các cách để chạm vào các bước sóng này để theo dõi con mồi hoặc nhìn rõ hơn vào ban đêm.
Thật không may, động vật có vú không bao giờ quản lý để phát triển những gì nó cần để nhìn thấy ngay cả cạnh của phổ hồng ngoại này. Con người chúng ta có nó tương đối may mắn. Chuột chỉ có que và hai loại tế bào hình nón , tất cả đều đứng đầu ở bước sóng một chút dưới chúng ta.
Có những điều kỳ quặc về hóa học có thể giúp chúng ta nhìn thoáng qua một tia sáng NIR, nhưng nói chung, một cảnh quan hồng ngoại hoàn toàn vượt quá giới hạn đối với con người chúng ta.
Kính nhìn ban đêm cồng kềnh có thể thu được bức xạ này và khuếch đại nó theo bước sóng mà chúng ta có thể nhìn thấy, nhưng việc đeo công nghệ như vậy rất cồng kềnh và nó không thể được sử dụng trong điều kiện ánh sáng ban ngày.
Các hạt nano được phát triển bởi các nhà nghiên cứu trong cải tiến mới nhất này hoạt động giống như các thiết bị nhìn đêm thu nhỏ - chỉ những thiết bị này ngồi trực tiếp trên các tế bào nhạy cảm với ánh sáng thực tế.
Được gọi là các hạt nano đảo ngược liên kết với tế bào cảm quang, chúng là một protein được chế tạo để tuân thủ cả các tế bào cảm quang hình que và hình nón và chuyển các bước sóng dài thành các bước ngắn hơn.
Kết quả là một thiết bị có kích thước nano hoạt động như một ăng ten nhỏ, hấp thụ bức xạ NIR vô hình và biến nó thành một màu có nhiều khả năng kích hoạt các que và hình nón thành hành động, vẽ nên thế giới màu xanh lục.
Tiêm vào chuột, toàn bộ quá trình dường như hoạt động rực rỡ. Các nanoantennae đã được chứng minh là không chỉ bám vào các tế bào cảm quang, mà một đèn LED chiếu sáng yếu ở 980 nanomet gợi ra các phản ứng võng mạc được chứng minh là có ảnh hưởng đến vỏ não của não.
Trong một thí nghiệm thực tế hơn, những con chuột được điều trị có thể phân biệt các hình dạng đơn giản như hình tam giác và hình tròn được chiếu sáng bởi đèn LED trong các điều kiện khác nhau. Trên hết, họ vẫn có thể thấy tốt trong điều kiện ánh sáng ban ngày bình thường.
Thay đổi tầm nhìn cũng không đi kèm với tác dụng phụ khủng khiếp. Vấn đề duy nhất mà nhóm nghiên cứu tìm thấy là sự mờ đục trong mắt những con chuột.
Hệ thống thị giác chuột tương tự như con người mà chúng ta có thể mong đợi một phiên bản của phương pháp này cũng có khả năng hoạt động với chúng ta. Trên thực tế, thậm chí còn có một loại tiền lệ kỳ lạ.
Một vài năm trước , các nhà nghiên cứu sinh học đã tạo ra một quy trình tương tự bằng cách sử dụng một chất nhạy cảm với ánh sáng có tên là Chlorin e6 để làm cho võng mạc nhìn chung nhạy cảm hơn với ánh sáng. Áp dụng như thuốc nhỏ mắt, các đối tượng được cho là có thể nhìn thấy khoảng cách xa hơn trong điều kiện ánh sáng yếu.
Cho dù điều này hứa hẹn công nghệ thực sự hay chỉ đơn giản là một thử nghiệm vượt mức sẽ được đưa ra để tranh luận . Thuốc nhỏ mắt chắc chắn sẽ tốt hơn tiêm vào nhãn cầu, nhưng công nghệ nano mới này có khoa học nghiêm ngặt hơn nhiều để sao lưu nó.
Không khó để đưa ra những ứng dụng tuyệt vời cho công nghệ như vậy. Bỏ các ứng dụng quân sự sang một bên, ai sẽ không muốn nhìn rõ hơn vào ban đêm? Các nhà thiên văn học, cho một.
"Chúng tôi có thể có khả năng xem tất cả các thông tin ẩn từ bức xạ NIR và IR trong Vũ trụ mà chúng ta không thể nhìn thấy bằng mắt thường" , nhà hóa sinh Gang Han từ Đại học Y Massachusetts nói.
Nhưng cũng có những lợi ích nghiên cứu nghiêm túc dưới dạng các công cụ thử nghiệm có thể điều tra các quá trình trực quan ở cấp độ mới.
"Với nghiên cứu này, chúng tôi đã mở rộng rộng rãi các ứng dụng của công nghệ hạt nano cả trong phòng thí nghiệm và dịch thuật," Han nói .
"Những nanoantennae này sẽ cho phép các nhà khoa học khám phá một số câu hỏi hấp dẫn, từ cách não diễn giải các tín hiệu thị giác đến giúp điều trị mù màu."
Nghiên cứu này đã được công bố trên Cell .
MIKE MCRAE
1 tháng 3 năm 2019
