Sci-fibe illő kiberképességgel rendelkező egereket alkottak a kutatók

2019.02.28. 15:50

Saját szemükkel látják az infravörös fényt az éjjellátóvá spécizett egerek. A retinájuk alá fecskendezett nanorészecskék hetekre biztosítják számukra az infravörös kiberképességét.

A nanotechnológiával felturbózott látású egerek a látható fény mellett az infravörös sugarak érzékelésére is képessé váltak – adja hírül a Cell folyóirat legfrissebb száma. A nanorészecskék szembe való egyszeri befecskendezése minimális mellékhatások mellett akár 10 hétre is a kiterjesztett valóságba repítette az egereket, ahol az infravörös sugarak nemcsak éjjel, de nappal is láthatóvá váltak számukra, legalábbis eléggé ahhoz, hogy a segítségével formákat megkülönböztessenek. Az eredmények közvetlenül felhasználhatók az emberi infravörös látási technológiák fejlesztésére, melyek lehetséges alkalmazása a polgári adattitkosítástól a biztonságtechnikán át a katonai műveletekig terjed.

Az emberek, más emlősökkel egyetemben, az elektromágneses spektrumnak csak egy szűk szeletét fogják fel látószervükkel: azt a hullámhossztartományt, amelyre látható fényként hivatkozunk, s amelynek színei a szivárványban sorakoznak. Azonban a láthatónál nagyobb hullámhosszú infravörös fény mindenütt körülvesz bennünket. Az emberek, az állatok és a tárgyak is infravörös fényt bocsátanak ki hőleadás formájában, és a különböző objektumok vissza is verik ezt a fényt.

Az elektromágneses spektrumnak csak szűk tartománya a látható fényForrás: Origo

Az a fény, amelyet természet adta látásunkkal érzékelünk, csupán parányi részét alkotja a teljes elektromágneses spektrumnak. A láthatónál nagyobb és kisebb hullámhosszú elektromágneses hullámok rengeteg információt hordoznak – hangsúlyozza Tian Xue, a Kínai Tudományos és Technológiai Egyetem munkatársa és a cikk rangidős szerzője.

A szem saját látóberendezését a nanotechnológiával összeházasító, több tudományágon átívelő projektet Xue és kollégája, Jin Bao mellett a Massachusettsi Egyetem orvosi fakultásán dolgozó Gang Han irányította.

„Amikor a fény a szembe belépve eléri a retinát, ott a fényérzékeny pálcika- és csapsejtek elnyelik a látható fény hullámtartományába eső fotonok energiáját, és ennek megfelelő elektromos jeleket küldenek az agyba – magyarázza Han. – Mivel az infravörös fény hullámhossza túl nagy ahhoz, hogy a fotoreceptor-sejtek elnyeljék, az ilyen energiájú fotonokat szemünkkel nem érzékeljük.”

A kísérletek során a tudósok olyan nanorészecskéket hoztak létre, amelyek a fotoreceptor-sejtekhez szorosan hozzákapcsolódva apró infravörös fényátalakítóként működnek. A természetes fotoreceptorokkal ellentétben a nanorészecskék elnyelik az infravörös fotonokat, és azok energiájának felhasználásával rövidebb hullámhosszú, látható fotonokat bocsátanak ki. Az így létrehozott látható fényt a legközelebbi pálcika- vagy csapsejt érzékeli, és annak rendje és módja szerint jelenti az ingert az agy felé, mintha csak eleve látható fény érkezett volna a retinára.

A nanorészecskék kötődése a pálcikákhoz és a csapokhozForrás: Britton, Carly (Els-Cma)

„Rendszerünkben a nanorészecskék a 980 nanométeres hullámhossz körüli infravörös fényt nyelték el, és azt az 535 nanométeres spektrumtartományba eső látható fénnyé alakították. Ettől az infravörös fény közönséges zöldnek látszott az egerek számára” – avat be a részletekbe Bao.

A rágcsálók az emberekhez hasonlóan szintén nem bírnak az infravörös látás természetes képességével, ezért az egerek tökéletes kísérleti alanyul szolgáltak. Az egyetlen baj velük, hogy nem lehet őket megkérdezni, ezért közvetett úton kellett kideríteni, vajon az injekció után csakugyan érzékelik-e az infravöröset, és tudnak-e bármi hasznosat kezdeni a láthatóvá tett láthatatlannal.

A kutatók először a fényre adott reflexes válaszokat vizsgálták. Azok az egerek, amelyek az injekcióban nanorészecskéket kaptak, ugyanolyan pupillaszűküléssel reagáltak az infravörös fényre, mint a láthatóra, míg a kontroll egereknek, amelyek csak sóoldatot kaptak, a szemük – pontosabban a pupillájuk – sem rezdült az infravörös bevilágításra.

A további vizsgálatokban az egereknek bonyolultabb feladatokat kellett megoldaniuk frissen szerzett infravörös látásuk segítségével. Olyan labirintust terveztek a számukra, amelyben nappali fény mellett ugyan, de infravörösben kapott információ felhasználásával tudtak csak tájékozódni.

Ritkán ugyan, de előfordult, hogy mellékhatásként időlegesen elhomályosodott az egerek szaruhártyája, ami akadályozta a látásukat. Ez a zavarosság azonban egy héten belül felszívódott, és nem a nanorészecskékhez, hanem az injekciózáshoz volt köthető, hiszen a sóoldatos kontrollcsoport egereinél ugyanolyan arányban jelentkezett. Magának a retinának a szerkezetében ugyanakkor semmilyen károsodást nem okozott a precízen alája célzott befecskendezés.

Az infravörös látás kialakítását bemutató sematikus ábraForrás: Britton, Carly (Els-Cma)

„Tanulmányunkban megmutattuk, hogy a mind a pálcikák, mind a csapok megkötik a nanorészecskéket, és aktiválódnak az infravörös fény hatására – összegzi Xue. – Ezért úgy véljük, hogy ez a technika az emberi szemben is működhet, és célja nemcsak a szuperlátás létrehozása lehet, hanem például a vörös színlátás ismert problémáinak a gyógyászati célú korrekciója.”

Napjaink infravörös érzékelő technológiája jobbára olyan detektorokat és kamerákat alkalmaz, amelyeknek nappali megvilágításra, és persze áramforrásra van szükségük a működéshez. A kutatók úgy gondolják, hogy a biointegrált nanorészecskék ezeknél alkalmasabbak lehetnek a polgári titkosítás, a biztonságtechnika és a katonai műveletek céljaira. „A jövőben olyan irányba szeretnénk fejleszteni a technológiát, hogy a nanorészecskék az USA gyógyszerhatósága által jóváhagyott szerves alapanyagból készüljenek. Az így előállított részecskék egyébként a jelek szerint még élesebb infravörös látást tesznek lehetővé” – nyilatkozta Han.

A kezelt egér (jobbra) látja az infravörös táblát, a kezeletlen nemForrás: Origo

A tudósok szerint emellett az emberi kipróbálást megelőzően a nanorészecskék emissziós spektrumának – az általuk kibocsátott fény hullámhossztartományának – további finomhangolására lesz szükség, mert a mi retinánk éleslátásra alkalmas területén, a sárgafoltban az egerekhez képest magasabb a csapok aránya a pálcikák rovására. „Az egész téma azért nagyon izgalmas, mert az általunk létrehozott technológia kiterjesztené az emberi látás természet adta kereteit” – mondta végül Xue.