Przejdź do głównej zawartości

Nanocząsteczki pozwalające widzieć w ciemnościach, czyli supermoc w zastrzyku

Naukowcy stworzyli nanocząsteczki, które po wstrzyknięciu do oka łączą się z fotoreceptorami i zamieniają promieniowanie podczerwone na światło widzialne. Nanocząsteczki dały myszom zdolność widzenia w podczerwieni (promieniowanie podczerwone jest normalnie niewidoczne zarówno dla myszy, jak i dla ludzi). Szereg testów potwierdził, że uzyskane super-myszy rozpoznają symbole wyświetlane w podczerwieni, przy jednoczesnym zachowaniu prawidłowego widzenia w świetle widzialnym. Tian Xue, lider zespołu naukowców stojących za odkryciem, wskazuje, że jego nanocząsteczki mogą mieć wiele zastosowań, w tym dawać ludziom superwzrok. Widzenie światła podczerwonego umożliwi widzenie w nocy, co może to być szczególnie przydatne w kontekście operacji wojskowych.

Dzięki foto-czułym nanocząsteczkom noktowizory mogą wkrótce odejść do lamusa. 

Widzenie w ciemnościach dzięki nanotechnologii

Zmysł wzroku to wyrafinowany system, dzięki któremu możemy podziwiać piękno otaczającego nas świata. Niestety, tak na prawdę dostrzegamy jedynie niewielki wycinek spektrum elektromagnetycznego. Naszym oczom umykają krótkie fale promieniowania gamma, rentgenowskiego i ultrafioletowego. Nie jesteśmy w stanie zobaczyć także długich fal podczerwonych, mikrofalowych oraz radiowych. Widzimy jedynie to, co znajduje się pomiędzy, czyli tzw. świtało widzialne. Gdy w naszym otoczeniu brak źródeł światła widzialnego, np. w nocy, praktycznie nic nie widzimy.

Ludzkie oko rejestruje jedynie niewielki wycinek spektrum elektromagnetycznego nazywany świtałem widzialnym. Jesteśmy ślepi na fale ultrafioletowe i krótsze oraz na fale podczerwone i dłuższe.

A gdyby tak wyjść poza ograniczenia zmysłu wzroku narzucone przez naturę? Weźmy pod rozwagę podczerwień. Już na początku XX wieku powstały pierwsze urządzenia czułe na promieniowanie podczerwone, który umożliwiały wiedzenie w nocy. Noktowizory, bo o nich mowa, szybko znalazły się na wyposażeniu armii. Z czasem sprzęt noktowizyjny trafił do cywila i dziś każdy może zyskać super moc widzenia w ciemnościach. Oczywiście o ile dysponuje odpowiednio zasobnym portfelem. Dobry noktowizor to wydatek od kilku do nawet kilkunastu tysięcy złotych.


A gdyby tak sprawić, że oko będzie czułe na promieniowanie podczerwone? Wtedy dałoby się widzieć w ciemnościach bez użycia gogli noktowizyjnych! To brzmi nieco jak science-fiction, ale badacze z Chińskiego Uniwersytetu Nauk i Technologii oraz amerykańskiego Uniwersytetu w Massachusetts pokazali, że jest to możliwe. U podstaw przełomowego odkrycia leżą skonstruowane przez badaczy specjalne nanocząsteczki, które pochłaniają promieniowanie podczerwone i emitują światło zielone. Nanocząsteczki zmodyfikowano tak, aby łączyły się z czopkami i pręcikami, światłoczułymi komórkami w oku. Naukowcy potwierdzili, że po wstrzyknięciu do oka ich nanocząsteczki rzeczywiście przyłączają się do czopków i pręcików. U myszy, którym wstrzyknięto do oka takie nanocząsteczki dochodziło do aktywacji kory wzrokowej (regionu mózgu, który odpowiada za przetwarzanie informacji wizualnych) w podpowiedzi na promieniowanie podczerwone. Efekt utrzymywał się do nawet dwóch miesięcy, bez obserwowalnych skutków ubocznych.

Skąd wiadomo na pewno, że myszy, którym podano nanocząsteczki rzeczywiście widziały w podczerwieni? Naukowcy przeprowadzili szereg testów, żeby potwierdzić, że ich myszy zyskały super-wzrok. Pierwszym i najprostszym testem było sprawdzenie odruchu źrenicznego. Źrenice myszy, którym wstrzyknięto nanocząsteczki zwężały się pod wpływem promieni podczerwonych. Zwężania źrenic w podpowiedzi na podczerwień nie zaobserwowano u myszy kontrolnych. Drugi test był nieco bardziej skomplikowany. Wykorzystano w nim fakt, iż myszy to zwierzęta typowo nocne i w związku z tym chętniej przebywają w ciemnych niż w dobrze oświetlonych miejscach. Na czas badania zwierzęta umieszczano w specjalnej klatce składającej się z dwóch przedziałów. W pierwszym panowały kompletne ciemności, drugi był "oświetlany" podczerwienią. Myszy mogły swobodnie przemieszczać się pomiędzy przedziałami, a naukowcy sprawdzali jak dużo czasu zwierzęta spędzą w każdym z nich. Myszy kontrolne, którym nie wstrzyknięto nanocząsteczek umożliwiających widzenie w podczerwieni, spędzały porównywalnie dużo czasu w każdym z przedziałów klatki. Z ich perspektywy w każdym z przedziałów było równie ciemno. Myszy, którym ulepszono wzrok za pomocą nanocząsteczk wyraźnie unikały przedziału z podczerwienią i spędzały więcej czasu w drugim, ciemnym przedziale. Z ich perspektywy w przedziale z podczerwienią było po prostu jasno. Obserwacja ta wskazuje, że nanocząsteczki rzeczywiście pozwalały na wiedzenie światła podczerwonego.

Dzięki nanocząsteczkom wstrzykniętym do oczu myszy zyskały zdolność widzenia w podczerwieni. Czy dałbyś sobie wstrzyknąć takie nanocząsteczki, żeby widzieć w ciemnościach?

Pozostawało jeszcze jedno pytanie. Czy dzięki nanocząsteczkom myszy były w stanie rozróżniać kształty i wzory w świetle podczerwonym? Aby odpowiedzieć na to pytanie naukowcy wykorzystali fakt, że myszy co prawda potrafią pływać, ale jest to dla nich nieprzyjemnie doznanie. Mając na uwadze ową niechęć do pływania badacze stworzyli niezwykle sprytny układ doświadczalny – basen w kształcie litery "V". Na końcu każdej z odnóg basenu znajdował się ekran, na którym badacze wyświetlali symbole w podczerwieni (poziomie lub pionowe linie). Dodatkowo badacze umieszczali tuż pod powierzchnią wody na końcu jednego z ramion platformę, na której myszy mogły stanąć i zakończyć pływanie. Platforma trafiała losowo do lewej lub prawej odnogi basenu. Odnogę basenu z platformą oznaczano podczerwonymi liniami poziomymi. Odnogę bez platformy podczerwonymi liniami pionowymi. Myszy umieszczano w basenie w miejscu rozgałęzienia (u podstawy litery "V"). Zwykłe myszy nie widziały symboli w podczerwieni i wpływały losowo do lewej lub prawej odnogi basenu. Myszy z nanocząsteczkami szybko nauczyły się, że poziome linie oznaczają obecność platformy dającej wytchnienie od pływania i po pewnym czasie zawsze wybierały odnogę oznaczoną symbolem platformy widocznym tylko w podczerwieni. W ten sposób badacze uzyskali potwierdzenie, że ich nanotechnologia pozwala na postrzeganie wzorów w świetle podczerwonym. Xue, przywołany we wstępie kierownik grupy badawczej, stwierdził, że myszy z super-wzrokiem w pewnym momencie wydały się odrobinę przerażające. "Pokazujesz myszom różne wzory, których nie widzisz – dla ciebie to tylko pusty ekran. Ale mysz wszystko widzi i wybiera odpowiednią odnogę."

Czy ty chciałbyś zyskać super-wzrok i widzieć w ciemnościach? Czy dałbyś sobie wstrzyknąć cokolwiek do oka? To nie jest takie straszne jak może się wydawać. Wiele leków okulistycznych podaje się w formie zastrzyku do oka. To standardowa procedura okulistyczna...

Źródła:
1. Night-vision ‘super-mice’ created using light-converting nanoparticles. Nature. 2019.
2. Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable and Self-Powered Retinal Nanoantennae. Cell. 2019.

Komentarze

Najczęściej czytane

Kolejny popularny suplement diety okazuje się bezużyteczny

Opublikowano właśnie wyniki dużej analizy dotyczącej wpływu kwasów omega-3 na zachorowalność na choroby układu sercowo-naczyniowego. W oparciu o wysokiej jakości dane badacze stwierdzili, że przyjmowanie suplementów diety zawierających kwasy omega-3 nie jest źródłem żadnych istotnych korzyści zdrowotnych – zwiększone przyjmowanie kwasów omega-3 nie zmniejsza zachorowalności na choroby serca oraz nie wpływa istotnie na długość życia. Panuje dość powszechne przekonanie, że suplementacja diety kwasami tłuszczowymi z rodziny omega-3 może poprawiać stan układu sercowo-naczyniowego. Istnieją przecież ku temu pewne logiczne przesłanki. Na przykład pokazano, że kwasy omega-3 mogą obniżać ciśnienie krwi u osób z nadciśnieniem. Czy jednak przekłada się to na zmniejszenie częstotliwości występowania zawałów serca czy innych niepożądanych zdarzeń związanych z pracą układu sercowo-naczyniowego? Powszechne przekonania Niewielkie ilości kwasów tłuszczowych omega-3 są niezbędne do utrzymania

Sztuczna inteligencja uczy się czytać w Twoich myślach (i jest już w tym całkiem dobra)

Odkrycia ostatniej dekady pokazują, że stosując odpowiednio zaawansowane techniki badawcze można bezinwazyjnie pozyskać informacje o aktywności wybranych rejonów mózgu (np.: kory wzrokowej), a następnie za pomocą algorytmów sztucznej inteligencji zrekonstruować bodźce (np.: wzrokowe), które były źródłem wspomnianej aktywności mózgowej. Może brzmi to nieco skomplikowanie, ale interpretacja jest dosyć prosta: science-fiction stało się rzeczywistością –  czytanie w myślach jest możliwe . Do całego procederu niezbędne są dwie rzeczy: aparat do funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (w skrócie fMRI, z ang. functional magnetic resonance imaging ) oraz dobrze wytrenowane algorytmy sztucznej inteligencji (w skrócie AI, z ang. artificial intelligence ). Za pomocą fMRI naukowcy są w stanie tworzyć trójwymiarowe mapy aktywności mózgu i precyzyjnie określać, które rejony mózgu ulegają aktywacji w danym momencie. Jest to możliwe, ponieważ aktywne neurony mają wysokie zapotrzebo

11 elementów stylu życia, które sprawiają, że wyglądasz młodziej

Oczywistym jest, że styl życia wpływa na nasz wygląd. W jednym z poprzednich wpisów przedstawiałem czynniki, które w obiektywny sposób wpływają na starzenie się skóry . Dziś skupię się na elementach stylu życia, które sprawiają, że w subiektywnej ocenie ludzka twarz wydaje się młodsza... lub starsza niż wskazuje na to dowód osobisty. Na ile lat wyglądam? W pewnym doświadczeniu naukowym wzięło udział 250 kobiet w wieku od 25 do 70 lat. Żadna z pań nie miała widocznych objawów chorób skórnych ani nie była w ciąży. W badaniu wzięły udział tylko kobiety, które nie miały blizn, siniaków ani skaleczeń na twarzy. Dodatkowo żadna z uczestniczek badania nie miała przeprowadzonej żadnej operacji plastycznej, terapii z użyciem lasera ani nawet zastrzyków z botoksu. Wszystkim paniom zrobiono dwa zdjęcia w wysokiej rozdzielczości: jedno z przodu, drugie z lewego profilu. Zdjęcia wykonano z zachowaniem następujących zasad: oczy zamknięte, neutralny wyraz twarzy, żadnej biżuterii, żadnego makija

Dlaczego warto samodzielnie mierzyć ciśnienie krwi? Jaki ciśnieniomierz wybrać?

Nadciśnienie tętnicze jest chorobą przewlekłą, w której wyjątkowo często dochodzi do nieprzestrzegania zaleceń terapeutycznych wśród pacjentów –  statystki  mówią, że w Europie około 44% chorych przerywa terapię w ciągu 12 miesięcy od jej rozpoczęcia. W Polsce współczynnik ten wypada jeszcze gorzej i  wynosi około 58% . Takie postępowanie ma oczywiście swoje negatywne konsekwencje. Pacjenci z nadciśnieniem, którzy nie przestrzegają zaleceń terapeutycznych i nie przyjmują przepisanych im leków mają o 50% wyższe prawdopodobieństwo wylądowania w szpitalu na skutek powikłań. Przyczyn zaniechania leczenia w przypadku nadciśnienia należy doszukiwać się przede wszystkim w bezobjawowym przebiegu choroby . Po kilku tygodniach od rozpoczęcia leczenia pacjenci zaczynając myśleć w następujący sposób: "Biorę te leki na nadciśnienie, ale wcale nie czuję się po nich lepiej!". Do tego dochodzi jeszcze aspekt finansowy: "Skoro nie czuję się jakoś specjalnie lepiej po tych lekach, to szk