Görsel sınırı aşın! Tek atış kızılötesi ışınları görebilir, Çinli bilim adamları süper güçlü fareler yarattı
Bilimsel topluluk uzun zamandır yalnızca çok az sayıda hayvanın, belirli yılanlar, böcekler ve yarasalar gibi yakın kızılötesi ışığı algılayabileceğine inanıyordu. İnsanlar kızılötesine yakın ışığı gözlemlemek için özel ekipman kullanmalıdır. Şimdi, bilim adamları farelere yapay nanoparçacıklar enjekte ederek kızıl ötesine yakın ışığı algılama yeteneği verdiler. Bu buluş 28 Şubat'ta uluslararası Cell dergisinde yayınlandı. Yazarlar, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Xue Tian ve Massachusetts Üniversitesi Tıp Fakültesi'nden Profesör Han Gang. Bu deneysel olarak değiştirilmiş kemirgenleri birleştirdiler. "Süper Fare" denir.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Metal, göz spektrumunu değiştirir
Memeliler olarak, farelerin ve insanların gözleri, elektromanyetik spektrumun yalnızca çok küçük bir bölümünü doğal hallerinde, tam olarak, 400 nanometre ile 700 nanometre arasında bir dalga boyuna sahip ışığı algılayabilir. Ultraviyole ve kızılötesi gibi ışık dalgaları fareler veya insanlar tarafından görülemez . Profesör Xue Tian şunları söyledi: "Bunun başlıca nedeni, görünür spektrumumuzun ultraviyole ve kızılötesi ışığı içermemesidir." Gözbebeklerimizin özel yapısı nedeniyle, kornea ve mercek, ışıktaki ultraviyole ışığın çoğunu filtreleyecektir ve kızılötesi ışık çok fazladır. Zayıftır ve gözdeki reseptörleri sinyal üretmeye teşvik edemez. "Profesör Han Gang, bu sınırlamayı kırmak için özel malzemeler üzerinde çalıştıklarını söyledi."
Pennsylvania Üniversitesi'nde malzeme bilimcisi olan Chris Murray, deneyin düşük enerjiyi yüksek enerjiye dönüştürme özelliğine sahip olan "(foton) üst dönüştürme" adlı bir nanomateryalden bahsettiğini açıkladı. Başka bir deyişle, bu tür nanopartiküller düşük enerjili görünmez ışığı (uzak kızılötesi ışık dahil) yüksek enerjili görünür ışığa dönüştürebilir. Bu nano malzemenin özel bir işleve sahip olmasının nedeni, aynı zamanda özel bir unsurdan oluşmasıdır Nadir toprak metalleri Nadir toprak metallerinin önemli bir özelliği, uzun süre heyecanlı halde muhafaza edilebilmeleridir.
Klasik uyarma modelinde, atom, fotonların çarpışmasından gelen enerjiyi emer ve çekirdek etrafında düzenli olarak dönen elektronlar, yüksek enerjili bir duruma uyarılır, ancak bu yüksek enerjili uyarılmış durum yalnızca kısa bir an için korunabilir. Daha sonra elektron önceki yörüngeye geri döner ve enerji taşıyan başka bir fotonu serbest bırakır. Çoğu öğe için, bu heyecanlı durum sürdürme süreci, saniyenin yalnızca birkaç milyarda biri kadardır.
fakat Nadir toprak metalleri için, bu heyecanlı durum saniyenin milyonda biri veya hatta binde biri kadar sürebilir. . Bu süre kısa gibi görünse de bir sonraki fotonun atoma girmesi ve daha fazla enerji uyandırması yeterlidir, böylece uyarılmış durum devam edebilir. Murray şöyle dedi: "Dalgalı bir slayta tırmanmak gibi. Nadir toprak metalleri daha güçlü çekişe sahip, bu nedenle ikinci adımda kalmak ve bir sonraki enerji dalgasını beklemek için yeterli zamanınız var." Başka bir deyişle, nadir toprak metalleri Güçlü çekme kuvveti aynı anda daha fazla fotonun aynı merdivende kalmasını sağlar Bu fotonlar bir araya toplanır ve enerji yeterli olduğunda başka bir uyarım oluşturur. Hangi yapar Nadir toprak metalleri, uzak kızılötesi gibi çok sayıda düşük enerjili fotonları alabilir ve sonra bunları tek bir yüksek enerjili görünür foton olarak serbest bırakabilir. .
"Süper güçlü" parçacıklar oluşturun
Han Gang, Xue Tian'a nadir toprak metallerinin özelliklerini anlattığında, ikisi bu metalin büyük bir sorunu çözebileceğini fark etti: Eğer bu nadir toprak metalleri, nano malzemeler biçiminde hayvanların gözlerine entegre edilebilseydi, bu doğru olmaz mıydı? Görünmez kızılötesi ışığı görünür ışığa dönüştürmek mümkün mü? Gerçekleştirilebilirse kızılötesi görüş sinyalleri doğrudan retinaya yansıtılabilir ve bu prensibe göre pratik mekanik gözler de üretilebilir. Ayrıca bu fikrin uygulanabilirliğinden de şüphe ettiler, ancak hepsi bir sonraki araştırma planını uygulamakta ısrar ettiler.
Kullandılar Erbiyum ve Ytterbium, iki nadir toprak metal elementi ve ConA proteini (Canavalin A) birlikte nanopartiküller halinde hazırlanır. Han Gang şunları söyledi: Bu kombinasyonda, iterbiyum atomları kızılötesi ışığı absorbe etmekten ve daha sonra enerjiyi yakındaki erbiyum atomlarına transfer etmekten sorumludur ve bunlar daha sonra yeşil ışık şeklinde salınır. Özellikle, nanopartiküller göze girdiğinde, ConA proteini bu nanopartikülleri adsorbe eder ve onları ışığa duyarlı hücrelere veya gözdeki ışığa duyarlı alanlara yönlendirerek midye benzeri bir yüzey kabuğu oluşturur. Nanomateryal, 980 nanometreye yakın bir dalga boyuna sahip (spektrumdaki kırmızı görünür ışığın yakınında) kızılötesi ışığı soğurduktan sonra, görünür ışık şeklinde serbest bırakılabilir.
Han Gang buna inanıyor Teoride bu, gözlerin kızılötesi ışığı yeşil ışık olarak görmesine izin vermelidir. Nanomalzemeler yeşil bir foton yaydığı için, bu yeşil fotonların gözdeki reseptörler tarafından yakalanma olasılığı yarı yarıya azalır. Nanomateryaller oluşturulduktan sonra, bu teorinin uygulanabilir olup olmadığını test etmek için fareleri kullanmaya karar verdiler. İlk olarak, nanopartikülleri farelerin gözlerine enjekte ettiler ve daha sonra değiştirilmiş gözleri kızılötesi ışıkla ışınladılar ve farelerin göz bebeklerinin kasılıp büzülmediğini gözlemlediler. Farelerin tepkisi şaşırtıcı. Kontrol grubundaki değiştirilmemiş fareler kızılötesi ışığa tepki vermezken, değiştirilmiş gözleri kızılötesi ışığa miyotik tepki verebilir. Northwestern Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği Bölümü'nde araştırmacı olan John Rogers, "Bu gerçekten harika. Bir dizi fenotipleme deneyi, varsayımlarını kanıtladı" dedi.
Ayrıca "Süper Fare" üzerinde de bir davranış deneyi gerçekleştirdiler. Modifiye edilmiş fareleri içinde gizli bir platformun bulunduğu bir havuza koyarlar, fareler gizli platformu bulamazlarsa suya batarlar. Bu fareler, LED sinyallerini tanımak üzere eğitildi ve bu sinyaller gizli platformlardan gönderilecek. Fare hayatta kalmak istiyorsa, sinyalli bir platforma gitmesi gerekir. Sonra görünür LED'i görünmez bir kızılötesi lambayla değiştirdiler.Nanopartikül enjeksiyonunu almayan fareler havuzda amaçsızca çırpınır ve "süper fare" hızla bir platform bulabilirdi. Xue Tian, deneyin sonuçları çok iyiydi: " İnsanlar bile kızılötesi sinyalleri tanıyamaz, ancak "Süper Fare" buna göre doğru yönü bulabilir. , Bu biraz tuhaf görünüyor. "
Süper güç dönüşümü yeni başladı
Bu deney, farelerin yakın kızılötesi görüşlerini çevreleyen çevresel sinyallerin şeklini ve modelini tanımak için kullanabileceği anlamına geliyor. Nanopartiküllerin getirdiği bu gelişmiş yetenekler, gelecekte birçok şekilde uygulanabilir. Çevremizde sürekli kızılötesi ışık olacağından, özellikle geceleri, "süper fareye" sahip olma yeteneği, genellikle görmediğimiz daha fazla şeyi görmemize yardımcı olabilir. "İnsanlar gece görüş cihazlarını böyle icat etti." Gece görüş cihazı, çevredeki kızılötesi ışığı görünür ışığa dönüştürebilir ve karanlıkta görsel efekti elde etmek için sunabilir. Han Gang, ekibin yeni teknolojisinin de benzer uygulama beklentilerine sahip olabileceğine inanıyor. Dedi ki: "Bu nanoparçacıklar gözlerin içine yerleştirilir. Diğerleri hangi ekipmanı kullandığınızı bilmiyor, sadece sizin bir süpermen olduğunuzu düşünüyorlar."
Fotoğraf: Namita Nayyar (WF Ekibi)
Murray ayrıca "Süpermen Rüyası" nı gerçekleştirmek için daha gidilecek uzun bir yol olduğunu vurguladı. Bu tür nanoparçacıklar, tıpkı bilim kurgu filmleri gibi organizmalara olağanüstü yetenekler kazandırabilir. Ancak şu anda başvurmak hala biraz isteksizdir.Bunun en önemli nedeni malzemelerin yeterince verimli olmamasıdır. Şu anda Gece nesnelerin etrafındaki kızılötesi ışığın yoğunluğu, bu nanopartikülleri sürekli ve net görüntüler üretmek için harekete geçirmek için yeterli değildir. . Dahası, nanopartikülleri ticarileştirilecekse, yine de uzun bir ABD Gıda ve İlaç Dairesi onay sürecinden geçmeleri gerekiyor. Ve bu süreç, insan olmayan primatlarla deneylerden ve bir veya iki yılda tamamlanamayan standartları karşılamak için bir dizi güvenlik deneyinden geçmelidir.
Ancak Murray, potansiyel uygulamaları da görüyor. Kızılötesi ışık, daha derin yerlere ulaşmak ve etkisini uygulamak için insan vücuduna nüfuz edebilir, bu nedenle bu nanopartiküllerin ışığa duyarlı ilaçları uyarmaya yardımcı olmak için kullanılabileceğine ve görünür ışığın kolayca ulaşamayacağı yerlerde terapötik bir etkiye sahip olduğuna inanıyor. Veya görünür ışığın vücudumuzdaki organlarla nasıl etkileşime girdiğini incelemek için kullanılabilir. "Işığın insan vücudundaki rolünü hâlâ bilmiyoruz, çünkü vücut her zamanki anlamda ışığa duyarlı bir reseptöre sahip değil. Kızılötesi ışığın bu tür derin nüfuzu, aynı zamanda güncel bir araştırma noktasıdır."
Brocade Park-Bilim Popülerleştirme Metin: Angus Chen
Aktarım: Universal Science / huanqiukexue
Brocade Park - Evren Biliminin Güzelliğini Sunuyor
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)
