納米粒子有朝一日可以讓人類內(nèi)置夜視

擁有超級(jí)大國(guó)英雄的電影，如飛行，X射線視覺或非凡的力量，都風(fēng)靡一時(shí)。雖然這些受歡迎的角色僅僅是一種幻想，但科學(xué)家們已經(jīng)使用納米粒子為普通老鼠提供了一個(gè)真正的超級(jí)大國(guó)：能夠看到近紅外光。今天，科學(xué)家報(bào)告了制作這些納米粒子版本的進(jìn)展，這些納米粒子有朝一日可以為人類提供內(nèi)置的夜視效果。

研究人員將在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)(ACS)2019秋季全國(guó)會(huì)議和博覽會(huì)上展示他們的成果。

“當(dāng)我們觀察宇宙時(shí)，我們只能看到可見光，”項(xiàng)目首席研究員Gang Han博士說道，他正在會(huì)議上展示這項(xiàng)工作。“但如果我們有近紅外視覺，我們就能以全新的方式看待宇宙。我們可以用肉眼做紅外天文學(xué)，或者夜視不用笨重的設(shè)備。”

人類和其它哺乳動(dòng)物的眼睛能夠檢測(cè)光的400個(gè)700納米(nm)波長(zhǎng)之間。另一方面，近紅外(NIR)光具有更長(zhǎng)的波長(zhǎng)-750nm至1.4微米。紅外熱像儀可以通過檢測(cè)有機(jī)體或物體發(fā)出的近紅外輻射來幫助人們?cè)诤诎抵锌吹?，但這些裝置通常體積龐大且不方便。Han和他的同事想知道他們是否可以通過向他們的眼睛注射一種特殊類型的納米材料(稱為上轉(zhuǎn)換納米顆粒(UCNP))來給予小鼠NIR視力。這些含有稀土元素鉺和鐿的納米粒子可以將來自近紅外光的低能光子轉(zhuǎn)換成哺乳動(dòng)物眼睛可以看到的更高能量的綠光。

在今年早些時(shí)候發(fā)表的研究中，位于馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員通過在光感受器表面附著與糖分子結(jié)合的蛋白質(zhì)，將UCNP靶向小鼠眼中的光感受器。然后，他們?cè)谛∈笠暰W(wǎng)膜后面注射光感受器結(jié)合的UCNP。為了確定注射的小鼠是否可以看到和精神處理NIR光，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了幾項(xiàng)生理和行為測(cè)試。例如，在一項(xiàng)測(cè)試中，研究人員將小鼠放入Y形水槽中。坦克的一個(gè)分支有一個(gè)平臺(tái)，老鼠可以爬上去逃離水面。研究人員訓(xùn)練小鼠以三角形的形式游向可見光，這標(biāo)志著逃生路線。一個(gè)類似的圓圈標(biāo)記沒有平臺(tái)的分支。然后，研究人員用近紅外光替換了可見光。“注射粒子的小鼠可以清楚地看到三角形并且每次都游到它，但沒有注射的老鼠看不到或說出兩種形狀之間的區(qū)別，”韓說。

盡管UCNP在小鼠的眼睛中持續(xù)存在至少10周并且沒有引起任何明顯的副作用，但漢族希望在他考慮將納米材料用于人體之前提高納米材料的安全性和敏感性。“我們發(fā)表的論文中的UCNP是無(wú)機(jī)的，并且存在一些缺點(diǎn)，”Han說。“生物相容性尚不完全清楚，我們需要提高人體使用的納米粒子的亮度。” 現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)正在試驗(yàn)由兩種有機(jī)染料組成的UCNP而不是稀土元素。“我們已經(jīng)證明，與無(wú)機(jī)物相比，我們可以使有機(jī)UCNP的亮度大大提高，”他說。這些有機(jī)納米粒子可以發(fā)射綠光或藍(lán)光。除了具有改進(jìn)的性能外，有機(jī)染料還可以具有較少的監(jiān)管障礙。

該項(xiàng)目的下一步可能是將技術(shù)轉(zhuǎn)化為人類最好的朋友。“如果我們有一只可以看到NIR光線的超級(jí)狗，我們可以從遠(yuǎn)處將一個(gè)模式投射到違法者身上，并且狗可以抓住它們而不會(huì)打擾其他人，”Han說。除了超級(jí)英雄的權(quán)力之外，該技術(shù)還可以具有重要的醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如治療眼部疾病。“我們實(shí)際上正在研究如何使用NIR光從UNCP中特別是在光感受器上釋放藥物，”Han說。