纳米粒子有朝一日可以让人类内置夜视

拥有超级大国英雄的电影，如飞行，X射线视觉或非凡的力量，都风靡一时。虽然这些受欢迎的角色仅仅是一种幻想，但科学家们已经使用纳米粒子为普通老鼠提供了一个真正的超级大国：能够看到近红外光。今天，科学家报告了制作这些纳米粒子版本的进展，这些纳米粒子有朝一日可以为人类提供内置的夜视效果。

研究人员将在美国化学学会(ACS)2019秋季全国会议和博览会上展示他们的成果。

“当我们观察宇宙时，我们只能看到可见光，”项目首席研究员Gang Han博士说道，他正在会议上展示这项工作。“但如果我们有近红外视觉，我们就能以全新的方式看待宇宙。我们可以用肉眼做红外天文学，或者夜视不用笨重的设备。”

人类和其它哺乳动物的眼睛能够检测光的400个700纳米(nm)波长之间。另一方面，近红外(NIR)光具有更长的波长-750nm至1.4微米。红外热像仪可以通过检测有机体或物体发出的近红外辐射来帮助人们在黑暗中看到，但这些装置通常体积庞大且不方便。Han和他的同事想知道他们是否可以通过向他们的眼睛注射一种特殊类型的纳米材料(称为上转换纳米颗粒(UCNP))来给予小鼠NIR视力。这些含有稀土元素铒和镱的纳米粒子可以将来自近红外光的低能光子转换成哺乳动物眼睛可以看到的更高能量的绿光。

在今年早些时候发表的研究中，位于马萨诸塞大学医学院的研究人员通过在光感受器表面附着与糖分子结合的蛋白质，将UCNP靶向小鼠眼中的光感受器。然后，他们在小鼠视网膜后面注射光感受器结合的UCNP。为了确定注射的小鼠是否可以看到和精神处理NIR光，该团队进行了几项生理和行为测试。例如，在一项测试中，研究人员将小鼠放入Y形水槽中。坦克的一个分支有一个平台，老鼠可以爬上去逃离水面。研究人员训练小鼠以三角形的形式游向可见光，这标志着逃生路线。一个类似的圆圈标记没有平台的分支。然后，研究人员用近红外光替换了可见光。“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，但没有注射的老鼠看不到或说出两种形状之间的区别，”韩说。

尽管UCNP在小鼠的眼睛中持续存在至少10周并且没有引起任何明显的副作用，但汉族希望在他考虑将纳米材料用于人体之前提高纳米材料的安全性和敏感性。“我们发表的论文中的UCNP是无机的，并且存在一些缺点，”Han说。“生物相容性尚不完全清楚，我们需要提高人体使用的纳米粒子的亮度。” 现在，该团队正在试验由两种有机染料组成的UCNP而不是稀土元素。“我们已经证明，与无机物相比，我们可以使有机UCNP的亮度大大提高，”他说。这些有机纳米粒子可以发射绿光或蓝光。除了具有改进的性能外，有机染料还可以具有较少的监管障碍。

该项目的下一步可能是将技术转化为人类最好的朋友。“如果我们有一只可以看到NIR光线的超级狗，我们可以从远处将一个模式投射到违法者身上，并且狗可以抓住它们而不会打扰其他人，”Han说。除了超级英雄的权力之外，该技术还可以具有重要的医学应用，例如治疗眼部疾病。“我们实际上正在研究如何使用NIR光从UNCP中特别是在光感受器上释放药物，”Han说。