Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Xue Tian và Giáo sư MA Yuqian từ Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (USTC) dẫn đầu, phối hợp với nhiều nhóm nghiên cứu khác, đã thành công trong việc tạo ra thị giác màu sắc không gian-thời gian cận hồng ngoại (NIR) ở người thông qua kính áp tròng chuyển đổi lên (UCL). Nghiên cứu được công bố trực tuyến trên tạp chí Cell vào ngày 22 tháng 5 năm 2025 (giờ miền Đông Hoa Kỳ), và được giới thiệu trong một thông cáo báo chí củaCell Press.
Trong tự nhiên, sóng điện từ trải dài trên một phạm vi bước sóng rộng, nhưng mắt người chỉ có thể cảm nhận được một phần hẹp được gọi là ánh sáng khả kiến, khiến ánh sáng NIR vượt quá đầu đỏ của quang phổ trở nên vô hình đối với chúng ta.
Hình 1. Sóng điện từ và quang phổ ánh sáng khả kiến (Ảnh từ nhóm của GS. XUE)
Năm 2019, một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Xue Tian, Thạc sĩ Yuqian và Han Gang dẫn đầu đã đạt được bước đột phá khi tiêm vật liệu nano chuyển đổi ngược vào võng mạc động vật, cho phép động vật có vú lần đầu tiên nhìn thấy hình ảnh cận hồng ngoại (NIR) bằng mắt thường. Tuy nhiên, do khả năng ứng dụng hạn chế của tiêm nội nhãn ở người, thách thức chính đối với công nghệ này nằm ở việc cho phép con người cảm nhận ánh sáng cận hồng ngoại (NIR) thông qua các phương pháp không xâm lấn.
Kính áp tròng mềm trong suốt làm từ vật liệu composite polymer cung cấp một giải pháp đeo được, nhưng việc phát triển UCL phải đối mặt với hai thách thức chính: đạt được khả năng chuyển đổi lên hiệu quả, đòi hỏi phải pha tạp các hạt nano chuyển đổi lên cao (UCNP), và duy trì độ trong suốt cao. Tuy nhiên, việc tích hợp các hạt nano vào polymer làm thay đổi tính chất quang học của chúng, gây khó khăn cho việc cân bằng nồng độ cao với độ trong suốt quang học.
Thông qua việc biến tính bề mặt UCNP và sàng lọc các vật liệu polyme có chiết suất phù hợp, các nhà nghiên cứu đã phát triển UCL đạt được tỷ lệ tích hợp UCNP 7–9% trong khi vẫn duy trì độ trong suốt trên 90% trong phổ khả kiến. Hơn nữa, UCL đã chứng minh hiệu suất quang học, tính ưa nước và khả năng tương thích sinh học đáng kể, với kết quả thực nghiệm cho thấy cả mô hình chuột và người đeo không chỉ có thể phát hiện ánh sáng NIR mà còn phân biệt được tần số thời gian của nó.
Ấn tượng hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống kính đeo mắt tích hợp với UCL và tối ưu hóa hình ảnh quang học để khắc phục hạn chế mà UCL thông thường chỉ cung cấp cho người dùng nhận thức thô về hình ảnh NIR. Tiến bộ này cho phép người dùng nhận thức hình ảnh NIR với độ phân giải không gian tương đương với thị lực ánh sáng khả kiến, cho phép nhận dạng chính xác hơn các mẫu NIR phức tạp.
Để ứng phó tốt hơn với sự hiện diện rộng rãi của ánh sáng NIR đa phổ trong môi trường tự nhiên, các nhà nghiên cứu đã thay thế UCNP truyền thống bằng UCNP ba sắc để phát triển kính áp tròng chuyển đổi lên ba sắc (tUCL), cho phép người dùng phân biệt ba bước sóng NIR riêng biệt và nhận biết phổ màu NIR rộng hơn. Bằng cách tích hợp thông tin màu sắc, thời gian và không gian, tUCL cho phép nhận dạng chính xác dữ liệu được mã hóa NIR đa chiều, mang lại khả năng chọn lọc phổ và chống nhiễu được cải thiện.
Hình 2. Màu sắc của nhiều mẫu khác nhau (gương phản chiếu mô phỏng với các phổ phản xạ khác nhau) dưới ánh sáng khả kiến và NIR, khi quan sát qua hệ thống kính đeo mắt tích hợp với tUCL. (Hình ảnh từ nhóm của Giáo sư XUE)
Hình 3. UCL cho phép con người nhận thức ánh sáng NIR theo chiều thời gian, không gian và sắc độ. (Hình ảnh từ nhóm của Giáo sư XUE)
Nghiên cứu này, chứng minh giải pháp đeo được cho thị lực NIR ở người thông qua UCL, đã cung cấp bằng chứng về khái niệm cho thị lực màu NIR và mở ra những ứng dụng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực an ninh, chống hàng giả và điều trị các khiếm khuyết về thị lực màu.
Liên kết giấy:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(XU Yehong, SHEN Xinyi, ZHAO Zheqian biên tập)
Thời gian đăng: 07-06-2025