Bilim adamları, memelilerin çıplak gözle kızılötesi görüntü vizyonunun araştırılmasını gerçekleştirmede ilerleme kaydetti
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Yaşam Bilimleri ve Tıp Bölümü profesörü Xue Tian'ın araştırma grubu ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Massachusetts Üniversitesi Tıp Fakültesi'nden Profesör Han Gang'ın araştırma grubu, hayvanlarda ilk kez çıplak göz kızılötesi elde etmek için görsel nörobiyotıp ve yenilikçi nanoteknolojiyi birleştirdi. Işık algılama ve kızılötesi görüntü görme yetenekleri. Araştırma sonuçları, 28 Şubat'ta (Doğu Saati) uluslararası "Cell" dergisinde çevrimiçi olarak yayınlandı ve Cell dergisi tarafından bu sayının önemli tanıtımları için tek popüler bilim videosu olarak seçildi.
Doğadaki elektromanyetik spektrum, gama ışınları, X ışınları, UV ışığı, görünür ışık, kızılötesi ışınlar, mikrodalgalar, radyo dalgaları vb. Dahil olmak üzere kısadan uzuna dalga boyuna bölünmüş çok geniştir. İnsan gözü tarafından hissedilebilen görünür ışık, gözün retinasındaki fotoreseptör hücrelerde bulunan fotoreseptör proteinlerinin doğal fiziksel ve kimyasal özellikleriyle belirlenen elektromanyetik spektrumun (Şekil 1) yalnızca küçük bir bölümünü kaplar. için > 700nm kızılötesi ışık, düşük foton enerjisi nedeniyle, fotoreseptör proteini (opsin), kızılötesi fotonları emip algılayabilmek için soğurma enerjisi eşiğini düşürmelidir.Ancak, çok düşük bir enerji eşiği, termal enerjinin, algılama sinyalini etkileyen fotoreseptör proteinini kendiliğinden uyarmasını kolaylaştıracaktır. Gürültü oranı. Bu nedenle, biyolojik evrim sırasında 700 nm'yi aşan kızılötesi ışığı algılayabilen fotoreseptör proteinlerine dayalı hiçbir hayvan fotoreseptör hücresi ortaya çıkmamıştır ve ayrıca beyinde kızılötesi görüntü görüşü oluşturamaz (bazı yılanların kızılötesi algılama yeteneği, sıcaklığa dayanır. Algısal gerçekleştirme).
Bununla birlikte, kızılötesi ışınlar doğada yaygın olarak bulunur ve bunların algılanması ve algılanması, insanların görünür spektrumun ötesinde bilgi edinmelerine yardımcı olacaktır. Bu nedenle insanlar, fotoelektrik dönüşüm ve fotomultiplier teknolojisine dayalı kızılötesi gece görüş cihazları icat ettiler, ancak bu tür kızılötesi gece görüş cihazlarının bir dizi eksiklikleri var.Örneğin, genellikle hantaldırlar, takıldıktan sonra hareket etmeleri sakıncalıdır ve sınırlı pil gücü gerektirirler. Güçlü ışıkla aşırı pozlanmış, görünür ışık ortamıyla uyumsuz vb.
Yukarıdaki sorunları çözmek ve çıplak gözle pasif kızılötesi görme genişletme teknolojisini geliştirmek için, Xue Tian araştırma grubu ve Han Gang araştırma grubu, kızılötesi ışığı emebilen ve görünür ışığı yayan bir yukarı dönüşüm nanomateryali kullanmaya çalışmak ve kızılötesi görme algısını gerçekleştirmek için onu hayvan retinasına tanıtmak için işbirliği yaptı. . İn vitro fotoreseptör hücre tek hücreli fotoelektrik fizyolojik kayıtları, bu nanomateryalin, kızılötesi ışığı absorbe ettikten sonra fare çubuk hücrelerinin elektriksel aktivitesini gerçekten uyarabildiğini doğrulamaktadır. Nanopartiküller ve fotoreseptör hücreler arasındaki mesafeyi kısaltmak, böylece kızılötesi duyarlılığı artırmak ve nanopartiküllerin retina fotoreseptör hücre katmanında uzun süre kalmasını sağlamak için araştırmacılar, fotoreseptör hücre zarlarının yüzeye özgü şekeri ile etkileşime girebilen özel bir yüzey modifikasyon yöntemi geliştirdiler. Baz moleküller sıkıca bağlanmıştır, bu nedenle fotoreseptör hücrenin ışığa duyarlı dış bölümünün yüzeyine sıkıca bağlanırlar (Şekil 2). Bu şekilde, değiştirilmiş nanopartiküller, harici enerji kaynağı gerektirmeyen bir tür gizli "nano-anten" haline gelir.Araştırmacılar, retinal fotoreseptör hücrelerinin spesifik bağlanması olan bu yerleşik "nano anten" pbUCNP'leri (fotoreseptör bağlayıcı Upconversion Nanoparticles) olarak adlandırdılar. Yukarı dönüşüm nanopartiküllerinin.
Araştırmacılar, tek hücreli elektrofizyolojik kayıt, in-vivo elektroretinogram (ERG) ve görsel uyarılmış potansiyelden (VEP) periferik fotoreseptör hücrelerden beyne giden çok katmanlı görsel davranış deneylerine kadar çeşitli nöro-görsel fizyoloji deneyleri kullandılar. Görsel merkezde, subretinal boşluğa pbUCNP nanopartikülleri enjekte edilen fareler, sadece kızılötesi algılama yeteneği kazanmakla kalmadı, aynı zamanda karmaşık kızılötesi görüntüleri de ayırt edebildi (Şekil 3). Kızılötesi görüş elde edilirken, farelerin görünür ışık görüşünün etkilenmediğini belirtmek gerekir. Heyecan verici olan şey, hayvanların aynı anda hem görünür hem de kızılötesi görüntüleri görebilmesidir. Aynı zamanda, araştırmacılar pbUCNP nanomalzemelerinin iyi biyouyumluluğa sahip olduğunu buldu.Moleküllerden, hücrelerden, dokulardan ve organlardan ve hayvan davranışlarından yapılan testler, pbUCNP nanomalzemelerinin hayvan retinasında uzun süre var olabileceğini ve retina ve hayvan görüşü üzerinde iyi bir etkiye sahip olduğunu kanıtladı. Açıkça olumsuz bir etkisi yoktur. Bu sonuçlar, bu teknolojinin, hayvanın görsel spektrumunun kapsamını etkili bir şekilde genişlettiğini, pasif kızılötesi görüntü görsel algısını ilk kez çıplak gözle gerçekleştirdiğini, doğanın hayvanlara verdiği görsel algının fiziksel sınırını aştığını açıkça göstermektedir.
Bu teknoloji, insanlara sadece süper görme yetenekleri kazandırmakla kalmaz, farklı absorpsiyon ve emisyon spektral parametrelerine sahip nanomateryaller geliştiremez, aynı zamanda kırmızı renk körlüğü gibi görsel algılama spektral kusurlarıyla ilgili hastalıkların onarılmasına da yardımcı olabilir. Fotoreseptör hücrelerle sıkı bir şekilde entegre edilebilen bu yeni tip nano modifikasyon teknolojisi, fundus ilaçlarının yerel sürekli salımı ve ışık kontrollü ilaç salımı gibi daha yenilikçi işlevlerle de donatılabilir. Bilim, mühendislik ve tıbbın kesişiminin ivmesi altında daha fazla biyomedikal yenilik meyve verecektir.
Doktora öğrencisi Ma Yuqian, Çin Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Yaşam Bilimleri Fakültesi'nden Seçkin Profesör Bao Jin ve Massachusetts Eyalet Üniversitesi Tıp Fakültesi Han Gang Araştırma Grubundan Ph.D. Zhang Yuanwei, makalenin ilk yazarlarıdır. Xue Tian, baş iletişim yazarıdır ve Bao Jin ve Han Gang, makalenin ortak yazarlarıdır. Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, bu çalışmanın ilk yazarı ve son yazarıdır. Araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Oftalmoloji Bölümü, Üstün Gençlik Fonu, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı Ulusal Temel Temel Araştırma Geliştirme Programı ve Çin Bilimler Akademisi Stratejik Öncü Bilim ve Teknoloji Özel (B) kategorisiyle ilgili "Nörolojik Görsel Yaralanma ve Onarım Mekanizması Üzerine Araştırma" ana projesi tarafından finanse edildi. Bu proje aynı zamanda, uluslararası bir araştırma fonlama kurumu olan İnsan Sınır Bilim Programı'nın (İnsan Sınırı Bilim Programı) genç bir bilim insanı finansman projesidir. Bu çalışma aynı zamanda Wang Qiuping'in araştırma grubu, Jiang Hongyuan'ın araştırma grubu ve Wu Yuen'in Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Fakültesi, Kimya ve Malzeme Bilimi Okulu araştırma grubunun araç ve teknik desteğiyle de desteklendi.
Şekil 1. Elektromanyetik dalga ve görünür ışık spektrumu
Şekil 2. Yenilikçi yukarı dönüştürme nanopartikül modifikasyon teknolojisi ve retinadaki işlevi
Şekil 3. Enjekte edilen farelerin kızılötesi görüntü görüşü elde ettiği farklı seviyelerden gösterilmiştir.
Kaynak: Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
