自然界中電磁波波譜范圍很廣，波長(zhǎng)由短至長(zhǎng)包括γ射線、X射線、紫外光、可見(jiàn)光、紅外線、微波、無(wú)線電波等，而人類和哺乳動(dòng)物的視網(wǎng)膜只能感知可見(jiàn)光（波長(zhǎng)390-700納米），只占電磁波譜很小的一部分（圖1）。由于視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞缺乏能夠感知紅外光的感光蛋白，人類和哺乳動(dòng)物無(wú)法通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)感知紅外光，為此人們發(fā)明了以光電轉(zhuǎn)換和光電倍增技術(shù)為基礎(chǔ)的紅外夜視儀，但是這樣的紅外夜視儀有著佩戴不便、供電有限、同可見(jiàn)光環(huán)境不兼容等缺陷。因此，不借助外界工具，發(fā)展自身感知紅外光的能力，不僅將幫助我們獲取超出可見(jiàn)光譜范圍的信息，而且可以幫助人類在復(fù)雜環(huán)境中通過(guò)視覺(jué)信息做出迅速和正確的判斷。
近日，中外科學(xué)家結(jié)合視覺(jué)神經(jīng)生物醫(yī)學(xué)與創(chuàng)新納米技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了動(dòng)物裸眼紅外光感知和紅外圖像視覺(jué)能力。他們利用一種可吸收紅外光發(fā)出可見(jiàn)光的納米顆粒，將其導(dǎo)入（眼內(nèi)注射）動(dòng)物視網(wǎng)膜中以實(shí)現(xiàn)紅外視覺(jué)感知。這種納米顆?？梢岳卫蔚刭N附在感光細(xì)胞表面，成為一種隱蔽的、無(wú)需外界供能的“納米天線”。通過(guò)多種神經(jīng)視覺(jué)生理實(shí)驗(yàn)和多層面的視覺(jué)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究人員證明了這些“納米天線”不僅使小鼠獲得了感知紅外線的能力，還可以分辨復(fù)雜的近紅外圖像（圖2）。這種“納米天線”具有良好的生物相容性，可長(zhǎng)期存在于動(dòng)物視網(wǎng)膜中發(fā)揮作用，對(duì)視網(wǎng)膜及動(dòng)物視覺(jué)能力均沒(méi)有明顯的負(fù)面影響；而且，小鼠在獲得紅外視覺(jué)的同時(shí)，其可見(jiàn)光視覺(jué)并沒(méi)有受到影響。
這種新型的可與感光細(xì)胞緊密結(jié)合的納米修飾技術(shù)有效地拓展了動(dòng)物視覺(jué)的波譜范圍，突破了自然界賦予動(dòng)物的視覺(jué)感知物理極限。該項(xiàng)技術(shù)不僅有望將人類的視覺(jué)拓展到紅外光波長(zhǎng)范圍，還有可能輔助修復(fù)視覺(jué)感知波譜缺陷的相關(guān)疾?。ㄈ缂t色色盲），而且在生物納米裝置的開(kāi)發(fā)研究中也具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)研究成果發(fā)表在Cell雜志上，并被Cell雜志選為該期唯一的科普視頻進(jìn)行了重點(diǎn)推廣。
圖1. 電磁波和可見(jiàn)光波譜
圖2.證明注射小鼠獲得紅外圖像視覺(jué)
公眾號(hào)
小程序
微信咨詢
