科学家们在哺乳动物肉眼红外图像视觉研究方面取得了进展

LAIYUAN:NAMIYANGHUALV_GUANGXIXINXINGNAMIKEJIYANJIUGONGSI FABUSHIJIAN:2019-04-19 DIANJICISHU:

     中国科技大学生命科学与医学教授薛天和美国马萨诸塞大学医学院教授韩刚合作,将视觉神经生物医学与视觉神经生物医学相结合,在动物身上实现了第一次肉眼红外线感知和红外图像视觉。H创新纳米技术。这项研究于2月28日(东部时间)在线发表在《细胞》国际期刊上,并被《细胞》选为本期唯一受欢迎的科学视频。
    
     从本质上讲,电磁波的光谱范围很广,可分为伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等,人们眼睛能感觉到的可见光只占电磁光谱的一小部分(图1),这是由固有的物理化学性质决定的。视网膜感光细胞中感光蛋白的研究。对于700纳米红外光,由于其低光子能量,感光蛋白(opsin)必须降低其吸收能量阈值才能吸收和感知红外光子。然而,能量阈值太低,会使热量更容易自发地激发光敏蛋白,从而影响检测信噪比,因此,在生物进化过程中,没有一种基于光感受器的动物光感受器细胞能够感知700纳米以上的红外光,并且它们不能被视为光受体。大脑中的RM红外图像视觉(一些蛇等个体动物的红外感知能力是通过温度感知实现的)。
    
     然而,红外辐射在自然界中广泛存在,它的探测和感知将有助于人们获取可见光谱以外的信息,因此,基于光电转换和光电倍增技术的红外夜视仪应运而生。然而,此类红外夜视仪存在着一系列缺陷,如通常较重,佩戴后移动不便,需要依靠有限的电池电源,可能会被强光过度照射,与可见光环境不兼容等。
    
     为了解决上述问题,发展被动红外视觉扩展技术,薛天和韩刚两个研究小组试图利用一种上转换纳米材料,吸收红外光,发射可见光,导入动物视网膜,实现红外视觉感知。单感光细胞体外实验证实,纳米材料能够吸收红外光,刺激小鼠视杆细胞的电活性,从而缩短纳米粒子与光敏细胞的距离,提高红外灵敏度,使纳米粒子留在视网膜的感光细胞层中。长期以来,研究人员已经开发出一种特殊的表面修饰方法,这种方法可以与光敏细胞膜表面的特定糖基分子紧密结合,从而牢固地附着在光敏细胞外段的表面上(图2),修饰后的纳米颗粒成为一种隐蔽的纳米颗粒。Tenna无外部能源供应。研究人员将内置的纳米天线命名为PBUCNP(光感受器结合上转换纳米颗粒),即具有视网膜光感受器细胞特异性结合的上转换纳米颗粒。
    
     研究人员证明,将PBUCNP纳米粒子注入视网膜下腔的小鼠不仅具有感知红外线的能力,而且通过各种神经视觉生理实验,从单细胞电生理记录、体内视网膜电图(ERG)和视觉视觉电位(EV)中,能够区分复杂的信号。激发电位(vep)对多维视觉行为实验。红外图像(图3)。值得注意的是,在获得红外图像的同时,小鼠的可见光没有受到影响。令人兴奋的是,动物可以看到可见光和红外图像。同时,研究人员发现,PBUCNP纳米材料具有良好的生物复合性。可靠性。从分子、细胞到组织、器官和动物行为的测试表明,PBUCNP纳米材料在动物视网膜中可以长期发挥作用,但对视网膜和动物的视觉能力没有明显的负面影响,这些结果清楚地表明,该技术有效地扩大了动物的视觉光谱范围,实现了对动物的视觉刺激。红外图像首次视觉感知,突破了自然界赋予动物视觉的物理极限。


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