Tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. XUE Tian dan Prof. MA Yuqian dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok (USTC), bekerja sama dengan berbagai kelompok peneliti, telah berhasil mengaktifkan penglihatan warna spatiotemporal inframerah-dekat (NIR) manusia melalui lensa kontak upconversion (UCL). Studi ini dipublikasikan daring di Cell pada 22 Mei 2025 (EST), dan ditampilkan dalam siaran pers olehCell Press.
Di alam, gelombang elektromagnetik menjangkau rentang panjang gelombang yang luas, tetapi mata manusia hanya dapat menangkap sebagian kecil saja yang disebut cahaya tampak, sehingga cahaya NIR di luar spektrum merah tidak dapat kita lihat.
Gbr. 1. Gelombang elektromagnetik dan spektrum cahaya tampak (Gambar dari tim Prof. XUE)
Pada tahun 2019, tim yang dipimpin oleh Prof. XUE Tian, MA Yuqian, dan HAN Gang mencapai terobosan dengan menyuntikkan nanomaterial upconversion ke dalam retina hewan, yang memungkinkan kemampuan penglihatan citra NIR pertama dengan mata telanjang pada mamalia. Namun, karena penerapan injeksi intravitreal pada manusia masih terbatas, tantangan utama teknologi ini terletak pada bagaimana memungkinkan persepsi manusia terhadap cahaya NIR melalui cara non-invasif.
Lensa kontak lunak transparan yang terbuat dari komposit polimer menyediakan solusi yang dapat dikenakan, tetapi pengembangan UCL menghadapi dua tantangan utama: mencapai kemampuan konversi naik yang efisien, yang membutuhkan doping nanopartikel konversi naik tinggi (UCNP), dan mempertahankan transparansi tinggi. Namun, penggabungan nanopartikel ke dalam polimer mengubah sifat optiknya, sehingga sulit untuk menyeimbangkan konsentrasi tinggi dengan kejernihan optik.
Melalui modifikasi permukaan UCNP dan penyaringan material polimer yang sesuai indeks bias, para peneliti mengembangkan UCL yang mencapai integrasi UCNP sebesar 7–9% dengan tetap mempertahankan transparansi lebih dari 90% dalam spektrum tampak. Lebih lanjut, UCL menunjukkan kinerja optik, hidrofilisitas, dan biokompatibilitas yang memuaskan, dengan hasil eksperimen yang menunjukkan bahwa baik model murine maupun pemakai manusia tidak hanya dapat mendeteksi cahaya NIR tetapi juga membedakan frekuensi temporalnya.
Yang lebih mengesankan, tim peneliti merancang sistem kacamata yang dapat dikenakan yang terintegrasi dengan UCL dan mengoptimalkan pencitraan optik untuk mengatasi keterbatasan UCL konvensional yang hanya memberikan persepsi kasar terhadap gambar NIR kepada pengguna. Kemajuan ini memungkinkan pengguna untuk melihat gambar NIR dengan resolusi spasial yang sebanding dengan penglihatan cahaya tampak, sehingga memungkinkan pengenalan pola NIR kompleks yang lebih akurat.
Untuk lebih mengatasi keberadaan cahaya NIR multispektral yang tersebar luas di lingkungan alami, para peneliti mengganti UCNP tradisional dengan UCNP trikromatik untuk mengembangkan lensa kontak upkonversi trikromatik (tUCL), yang memungkinkan pengguna membedakan tiga panjang gelombang NIR yang berbeda dan menangkap spektrum warna NIR yang lebih luas. Dengan mengintegrasikan informasi warna, temporal, dan spasial, tUCL memungkinkan pengenalan data multidimensi berkode NIR secara presisi, menawarkan selektivitas spektral dan kemampuan anti-interferensi yang lebih baik.
Gambar 2. Penampakan warna berbagai pola (cermin reflektif simulasi dengan spektrum pantulan berbeda) di bawah pencahayaan tampak dan inframerah dekat, dilihat melalui sistem kacamata yang dapat dikenakan yang terintegrasi dengan tUCL. (Gambar dari tim Prof. XUE)
Gbr. 3. UCL memungkinkan persepsi manusia terhadap cahaya NIR dalam dimensi temporal, spasial, dan kromatik. (Gambar dari tim Prof. XUE)
Studi ini, yang menunjukkan solusi yang dapat dikenakan untuk penglihatan NIR pada manusia melalui UCL, memberikan bukti konsep untuk penglihatan warna NIR dan membuka aplikasi yang menjanjikan dalam keamanan, anti-pemalsuan, dan penanganan kekurangan penglihatan warna.
Tautan kertas:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Ditulis oleh XU Yehong, SHEN Xinyi, Diedit oleh ZHAO Zheqian)
Waktu posting: 07-Jun-2025