Widzieć wszystko jak Superman

Pojedyncze wstrzyknięcie nanocząstek w oczy pozwoli nam w przyszłości leczyć daltonizm i widzieć w podczerwieni.

Aktualizacja: 05.03.2019 18:24 Publikacja: 05.03.2019 18:06

Kruki wydają się nam czarne, ale ptaki, które są tetrachromatykami, widzą je w pięknych kolorach

Kruki wydają się nam czarne, ale ptaki, które są tetrachromatykami, widzą je w pięknych kolorach

Foto: AdobeStock

Nanotechnologia jest jednym z najbardziej obiecujących działów nauki. Pozwala dokonywać w organizmach zmian na poziomie pojedynczych atomów lub cząsteczek. W Europie za nanocząstki uznaje się materiały w wymiarze wielkości od 1 do 100 nm. Nanometr jest jednostką długości jednej miliardowej metra, czyli jednej milionowej milimetra.

Nanotechnologia kojarzy nam się zazwyczaj z najnowszą techniką, ale w rzeczywistości jest mechanizmem stosowanym przez naturę od początku istnienia życia na naszej planecie. Wszystkie komórki, które są wielkości od 0,5 µm do 10 µm (µm – mikrometr jest jedną milionową metra), są złożonymi mikromechanizmami, na które można oddziaływać przy zastosowaniu bionanotechnologii.

Multidyscyplinarna grupa naukowców chińskich, kierowana przez prof. Xue i prof. Jin Bao z University of Science and Technology w Hongkongu oraz Gang Han z University of Massachusetts Medical School, opracowała nanocząstki do pracy z istniejącymi strukturami oka.

Jesteśmy prawie ślepi

Siatkówka oka człowieka, podobnie jak i innych ssaków, reaguje w procesie widzenia wyłącznie na tę część promieniowania elektromagnetycznego, która jest nazywana światłem widzialnym. Jest to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 10 nm do 400 nm.

– Światło widzialne obejmuje zaledwie niewielką część widma elektromagnetycznego – podkreśla Tian Xue, jeden z chińskich autorów projektu. – Tymczasem to fale elektromagnetyczne dłuższe lub krótsze niż światło widzialne niosą tak naprawdę znacznie więcej informacji. Choć wydaje nam się, że bez problemu widzimy dookoła niemal wszystko, to w rzeczywistości nasz wzrok jest niezwykle ograniczony.

Trafne porównanie pod tym względem zastosował w jednym ze swoich programów popularnonaukowych brytyjski dziennikarz Richard Hammond. Porównał cały zakres cały światła, czyli promieniowania elektromagnetycznego do klawiatury fortepianu. Jeżeli zatem człowiek i inne ssaki widzą częstotliwości porównywalne do jednej oktawy, to rzeczywisty pełen zakres wszystkich częstotliwości światła można przedstawić jako klawiaturę fortepianu ciągnącą się 150 mln kilometrów, czyli odległość z Ziemi do Słońca.

Kruk jest kolorowy

Natura wyposażyła niektóre zwierzęta w lepsze lub gorsze widzenie. Szczególnie ważna jest percepcja kolorów. Dzięki długościom i częstotliwości światła widzialnego mamy zdolność widzenia ośmiu grup barw: fioletowej, niebieskiej, niebiesko-zielonej, zielonej, zielonożółtej, żółtej, pomarańczowej i czerwonej. W przeciwieństwie do niektórych gatunków owadów i ptaków ssaki nie widzą nadfioletu, ultrafioletu i podczerwieni, a więc tych fal, które drgają z większą częstotliwością niż fiolet i wolniej niż czerwień.

Kiedy na przykład spoglądamy na kruka, widzimy, że ptak ten ma czarne pióra. Ale inne ptaki widzą, że mienią się one w wielu pięknych barwach. Czasami, kiedy spojrzymy na tego ptaka pod odpowiednim kątem przy silnym oświetleniu słonecznym, jesteśmy w stanie ulotnie dostrzec pewne barwy przemykające po powierzchni skrzydeł. W przeciwieństwie do ssaków owady i niektóre ptaki są tetrachromatykami.

Oznacza to, że mają cztery grupy fotoreceptorów wzrokowych, nazywanych także czopkami. U ssaków występują zaledwie trzy czopki, przez co są one czułe na bardzo ograniczone długości i częstotliwości. Chińskim naukowcom udało się to jednak zmienić.

– Gdy światło wpada do oka i uderza w siatkówkę, pręciki i stożki lub komórki fotoreceptorów absorbują fotony światła widzialnego i wysyłają odpowiednie sygnały elektryczne do mózgu – tłumaczy Gang Han z University of Massachusetts Medical School. Promieniowanie podczerwone, które ma dłuższą falę, jest wszędzie wokół nas. Ludzie, zwierzęta i przedmioty emitują światło podczerwone, emitując ciepło. W dodatku niemal wszystkie obiekty mogą odbijać światło podczerwone. Nie dostrzegamy go jednak, ponieważ fale podczerwone są zbyt długie, aby zostać pochłonięte przez fotoreceptory.

Supergryzonie

Myszy z widzeniem wzmocnionym przez nanotechnologię mogą zobaczyć światło podczerwone oraz światło widzialne – informują chińscy naukowcy.

Pojedyncze wstrzyknięcie nanocząstek w oczy myszy dało widzenie w podczerwieni przez okres do 10 tygodni przy minimalnych efektach ubocznych, pozwalając gryzoniom widzieć światło podczerwone nawet w ciągu dnia i wystarczająco specyficznie, aby rozróżnić poszczególne kształty.

Badacze postanowili temu zaradzić, tworząc nanocząsteczki, które mogą się łączyć z komórkami fotoreceptorów i działać jak małe przetworniki światła podczerwonego.

Dzięki nim, kiedy światło podczerwone uderza w siatkówkę, nanocząstki wychwytują dłuższe fale podczerwone i emitują krótsze fale w zakresie widzialnego światła. Pobliski pręcik lub stożek absorbuje krótszą długość fali i wysyła normalny sygnał do mózgu, tak jakby to światło widzialne, a nie podczerwone trafiło w siatkówkę.

Walka z daltonizmem

– W naszym eksperymencie nanocząsteczki absorbowały światło podczerwone o długości fali ok. 980 nm i przekształciły je w światło o szczytowej wartości 535 nm, co sprawiło, że światło podczerwone pojawiło się jako kolor zielony – tłumaczy prof. Bao.

Eksperyment ten jest wstępem do rozwoju technologii pozwalającej ludziom na widzenia w podczerwieni. Niestety już wiadomo, że ta technologia będzie najprawdopodobniej wykorzystywana głównie do operacji wojskowych.

Najważniejsze jest jednak wykorzystanie tej technologii do leczenia uwarunkowanej ślepoty barw nazywanej daltonizmem.

– Wierzymy, że ta technologia będzie nie tylko służyć do generowania widzenia w podczerwieni, ale posłuży także do terapii deficytów widzenia u osób mających zaburzenie rozpoznawania barw związane z całkowitym brakiem jednego z rodzajów czopków, które nie widzą w kolorze czerwonym – podkreśla prof. Xue.

Nanotechnologia jest jednym z najbardziej obiecujących działów nauki. Pozwala dokonywać w organizmach zmian na poziomie pojedynczych atomów lub cząsteczek. W Europie za nanocząstki uznaje się materiały w wymiarze wielkości od 1 do 100 nm. Nanometr jest jednostką długości jednej miliardowej metra, czyli jednej milionowej milimetra.

Nanotechnologia kojarzy nam się zazwyczaj z najnowszą techniką, ale w rzeczywistości jest mechanizmem stosowanym przez naturę od początku istnienia życia na naszej planecie. Wszystkie komórki, które są wielkości od 0,5 µm do 10 µm (µm – mikrometr jest jedną milionową metra), są złożonymi mikromechanizmami, na które można oddziaływać przy zastosowaniu bionanotechnologii.

Pozostało 89% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Nauka
Człowiek poznał kolejną tajemnicę orangutana. Naczelny potrafi się leczyć
Nauka
Czy mała syrenka musi być biała?
Nauka
Nie tylko niesporczaki mają moc
Nauka
Kto przetrwa wojnę atomową? Mocarstwa budują swoje "Arki Noego"
Materiał Promocyjny
Dlaczego warto mieć AI w telewizorze
Nauka
Czy wojna nuklearna zniszczy cała cywilizację?