ทีมวิจัยซึ่งนำโดยศาสตราจารย์เสว่ เทียน และศาสตราจารย์เอ็มเอ หยูเฉียน จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (USTC) ร่วมมือกับกลุ่มวิจัยหลายกลุ่ม ประสบความสำเร็จในการมองเห็นสีแบบใกล้อินฟราเรด (NIR) เชิงปริภูมิและเวลาของมนุษย์ผ่านคอนแทคเลนส์แบบอัพคอนแทคเลนส์ (UCL) การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์ในวารสาร Cell เมื่อวันที่ 22 พฤษภาคม 2568 (EST) และได้รับการนำเสนอในข่าวประชาสัมพันธ์โดยเซลล์เพรส.
ในธรรมชาติ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีช่วงความยาวคลื่นที่กว้าง แต่ดวงตาของมนุษย์สามารถรับรู้ได้เพียงส่วนที่แคบๆ เท่านั้น ซึ่งเรียกว่าแสงที่มองเห็น ทำให้แสง NIR ที่เกินปลายสเปกตรัมสีแดงมองไม่เห็นสำหรับเรา
รูปที่ 1 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ (ภาพจากทีมของศาสตราจารย์ XUE)
ในปี พ.ศ. 2562 คณะนักวิจัยซึ่งนำโดย ศ.เสว่ เทียน, ศ.ม. หยูเฉียน และ ฮั่น กัง ประสบความสำเร็จในความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้วยการฉีดนาโนวัสดุอัพคอนเวอร์ชั่นเข้าไปในจอประสาทตาของสัตว์ ส่งผลให้สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมสามารถเห็นภาพ NIR ด้วยตาเปล่าได้เป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการฉีดเข้าวุ้นตาในมนุษย์ยังมีข้อจำกัด ความท้าทายสำคัญของเทคโนโลยีนี้จึงอยู่ที่การทำให้มนุษย์รับรู้แสง NIR ได้โดยไม่ต้องผ่าตัด
คอนแทคเลนส์แบบนิ่มใสที่ทำจากพอลิเมอร์คอมโพสิตเป็นโซลูชันที่สวมใส่ได้ แต่การพัฒนาคอนแทคเลนส์ UCL ต้องเผชิญกับความท้าทายหลักสองประการ ได้แก่ การบรรลุความสามารถในการแปลงค่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งต้องใช้การเจือปนอนุภาคนาโนที่มีการแปลงค่าสูง (UCNP) และการรักษาความโปร่งใสสูง อย่างไรก็ตาม การผสมอนุภาคนาโนลงในพอลิเมอร์จะทำให้คุณสมบัติทางแสงของคอนแทคเลนส์เปลี่ยนแปลงไป ทำให้ยากที่จะสร้างสมดุลระหว่างความเข้มข้นสูงกับความใสทางแสง
ด้วยการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของ UCNP และการคัดกรองวัสดุพอลิเมอร์ที่ตรงกับดัชนีหักเหแสง นักวิจัยได้พัฒนา UCL ที่มีการรวมตัวของ UCNP 7–9% ในขณะที่ยังคงความโปร่งใสในสเปกตรัมที่มองเห็นได้มากกว่า 90% นอกจากนี้ UCL ยังแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพทางแสง ความชอบน้ำ และความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่น่าพอใจ โดยผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าทั้งแบบจำลองหนูและมนุษย์ที่สวมใส่ UCL ไม่เพียงแต่สามารถตรวจจับแสงอินฟราเรดแบบอินฟราเรด (NIR) ได้เท่านั้น แต่ยังแยกแยะความถี่เชิงเวลาได้อีกด้วย
ที่น่าประทับใจยิ่งกว่านั้น ทีมวิจัยได้ออกแบบระบบแว่นตาแบบสวมใส่ที่ผสานรวมเข้ากับ UCL และการถ่ายภาพด้วยแสงที่ปรับให้เหมาะสมที่สุด เพื่อเอาชนะข้อจำกัดที่ UCL ทั่วไปให้ผู้ใช้รับรู้ภาพ NIR ได้เพียงระดับหยาบๆ เท่านั้น ความก้าวหน้านี้ช่วยให้ผู้ใช้สามารถรับรู้ภาพ NIR ที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่เทียบเท่ากับการมองเห็นด้วยแสงที่มองเห็น ทำให้สามารถจดจำรูปแบบ NIR ที่ซับซ้อนได้แม่นยำยิ่งขึ้น
เพื่อรับมือกับแสง NIR แบบหลายสเปกตรัมที่แพร่หลายในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ นักวิจัยได้แทนที่เลนส์สัมผัส UCNP แบบเดิมด้วยเลนส์สัมผัสแบบสามสี (tUCL) เพื่อพัฒนาคอนแทคเลนส์แบบสามสี (tUCL) ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถแยกแยะความยาวคลื่น NIR ที่แตกต่างกันสามแบบ และรับรู้สเปกตรัมสี NIR ได้กว้างขึ้น ด้วยการผสานรวมข้อมูลสี เวลา และพื้นที่ ทำให้เลนส์สัมผัส tUCL สามารถจดจำข้อมูลที่เข้ารหัส NIR หลายมิติได้อย่างแม่นยำ ช่วยเพิ่มความสามารถในการเลือกสเปกตรัมและป้องกันการรบกวน
รูปที่ 2 ลักษณะสีของรูปแบบต่างๆ (กระจกสะท้อนแสงจำลองที่มีสเปกตรัมการสะท้อนแสงต่างกัน) ภายใต้แสงที่มองเห็นได้และแสงอินฟราเรด (NIR) เมื่อมองผ่านระบบแว่นตาแบบสวมใส่ที่ผสานรวมกับ tUCL (ภาพจากทีมของศาสตราจารย์ XUE)
รูปที่ 3 UCL ช่วยให้มนุษย์รับรู้แสง NIR ในมิติเวลา มิติเชิงพื้นที่ และมิติสี (ภาพจากทีมของศาสตราจารย์ XUE)
การศึกษานี้ซึ่งสาธิตโซลูชันที่สวมใส่ได้สำหรับการมองเห็น NIR ในมนุษย์ผ่าน UCL ถือเป็นการพิสูจน์แนวคิดสำหรับการมองเห็นสี NIR และเปิดการใช้งานที่มีแนวโน้มดีในด้านความปลอดภัย การต่อต้านการละเมิดลิขสิทธิ์ และการรักษาความบกพร่องในการมองเห็นสี
ลิงค์กระดาษ:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(เขียนโดย XU Yehong, SHEN Xinyi, เรียบเรียงโดย ZHAO Zheqian)
เวลาโพสต์: 07 มิ.ย. 2568