نجح فريق بحثي بقيادة البروفيسور شيو تيان والبروفيسور ما يوتشيان من جامعة العلوم والتكنولوجيا الصينية (USTC)، بالتعاون مع مجموعات بحثية متعددة، في تمكين رؤية الألوان المكانية الزمنية بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) لدى البشر من خلال عدسات لاصقة ذات تحويل تصاعدي (UCLs). نُشرت الدراسة على الإنترنت في مجلة Cell بتاريخ 22 مايو 2025 (بتوقيت شرق الولايات المتحدة)، وصدرت في بيان صحفي صادر عنسيل برس.
في الطبيعة، تمتد الموجات الكهرومغناطيسية عبر نطاق واسع من الأطوال الموجية، ولكن العين البشرية لا تستطيع إدراك سوى جزء ضيق يعرف بالضوء المرئي، مما يجعل ضوء الأشعة تحت الحمراء القريب الذي يقع خلف الطرف الأحمر من الطيف غير مرئي لنا.
الشكل 1. الموجات الكهرومغناطيسية وطيف الضوء المرئي (صورة من فريق البروفيسور XUE)
في عام ٢٠١٩، حقق فريق بقيادة البروفيسور شيو تيان، وما يوتشيان، وهان غانغ إنجازًا علميًا بحقن مواد نانوية مُحسّنة للتحويل الضوئي في شبكيات عيون الحيوانات، مما أتاح لأول مرة رؤية صور الأشعة تحت الحمراء القريبة بالعين المجردة لدى الثدييات. ومع ذلك، ونظرًا لمحدودية تطبيق الحقن داخل الجسم الزجاجي لدى البشر، فإن التحدي الرئيسي لهذه التقنية يكمن في تمكين الإنسان من إدراك ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة بوسائل غير جراحية.
تُوفر العدسات اللاصقة اللينة الشفافة المصنوعة من مركبات البوليمر حلاً عمليًا، إلا أن تطوير عدسات UCL يواجه تحديين رئيسيين: تحقيق قدرة تحويل ضوئي فعّالة، الأمر الذي يتطلب استخدام جسيمات نانوية عالية التحويل الضوئي (UCNPs)، والحفاظ على شفافية عالية. مع ذلك، يُغيّر دمج الجسيمات النانوية في البوليمرات خصائصها البصرية، مما يُصعّب موازنة التركيز العالي مع الوضوح البصري.
من خلال تعديل سطح جسيمات النانو النانوية غير المتجانسة (UCNPs) وفحص المواد البوليمرية المطابقة لمعامل الانكسار، طوّر الباحثون عدسات نانوية غير متجانسة (UCLs) محققةً تكاملًا بنسبة 7-9% لجسيمات النانو النانوية غير المتجانسة (UCNPs) مع الحفاظ على شفافية تزيد عن 90% في الطيف المرئي. علاوة على ذلك، أظهرت عدسات النانو غير المتجانسة أداءً بصريًا مُرضيًا، وجاذبية للماء، وتوافقًا حيويًا، حيث أظهرت النتائج التجريبية أن كلاً من نماذج الفئران والبشر لم يتمكنوا فقط من اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، بل أيضًا من التمييز بين تردداته الزمنية.
والأكثر إثارة للإعجاب هو أن فريق البحث صمم نظام نظارات قابل للارتداء مدمجًا مع عدسات UCL، وحسّن التصوير البصري للتغلب على مشكلة عدم قدرة عدسات UCL التقليدية على توفير رؤية دقيقة لصور الأشعة تحت الحمراء القريبة. يُمكّن هذا التطور المستخدمين من رؤية صور الأشعة تحت الحمراء القريبة بدقة مكانية تُضاهي رؤية الضوء المرئي، مما يسمح بتمييز أكثر دقة لأنماط الأشعة تحت الحمراء القريبة المعقدة.
للتعامل بشكل أفضل مع الانتشار الواسع لضوء الأشعة تحت الحمراء القريب متعدد الأطياف في البيئات الطبيعية، استبدل الباحثون عدسات UCNP التقليدية بـ UCNP ثلاثية الألوان لتطوير عدسات لاصقة ثلاثية الألوان للتحويل التصاعدي (tUCLs)، والتي مكّنت المستخدمين من تمييز ثلاثة أطوال موجية مختلفة للأشعة تحت الحمراء القريبة وإدراك طيف ألوان أوسع للأشعة تحت الحمراء القريبة. من خلال دمج المعلومات اللونية والزمانية والمكانية، أتاحت عدسات tUCLs التعرف الدقيق على البيانات المشفرة بالأشعة تحت الحمراء القريبة متعددة الأبعاد، مما يوفر انتقائية طيفية محسنة وقدرات مضادة للتداخل.
الشكل 2. مظهر ألوان أنماط مختلفة (مرايا عاكسة مُحاكاة ذات أطياف انعكاس مختلفة) تحت الإضاءة المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة، كما يُرى من خلال نظام النظارات القابلة للارتداء المُدمج مع tUCLs. (صورة من فريق البروفيسور XUE)
الشكل 3. تُمكّن العدسات اللاصقة الخارجية (UCLs) الإنسان من إدراك ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) في أبعاد زمنية ومكانية ولونية. (صورة من فريق البروفيسور زوي)
قدمت هذه الدراسة، التي أظهرت حلاً يمكن ارتداؤه لرؤية الأشعة تحت الحمراء القريبة لدى البشر من خلال عدسات UCL، دليلاً على مفهوم رؤية الألوان بالأشعة تحت الحمراء القريبة وفتحت تطبيقات واعدة في مجالات الأمن ومكافحة التزوير وعلاج عيوب رؤية الألوان.
رابط الورقة:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(كتب بواسطة XU Yehong، SHEN Xinyi، حرره ZHAO Zheqian)
وقت النشر: ٧ يونيو ٢٠٢٥