Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. XUE Tian e pelo Prof. MA Yuqian, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), em colaboração com diversos grupos de pesquisa, habilitou com sucesso a visão de cores espaço-temporal no infravermelho próximo (NIR) em humanos por meio de lentes de contato de upconversion (UCLs). O estudo foi publicado online na Cell em 22 de maio de 2025 (EST) e foi destaque em um comunicado à imprensa daImprensa Celular.
Na natureza, as ondas eletromagnéticas abrangem uma ampla faixa de comprimentos de onda, mas o olho humano consegue perceber apenas uma pequena porção conhecida como luz visível, tornando a luz NIR além da extremidade vermelha do espectro invisível para nós.
Fig1. Ondas eletromagnéticas e espectro de luz visível (Imagem da equipe do Prof. XUE)
Em 2019, uma equipe liderada pelo Prof. XUE Tian, Mestre Yuqian e HAN Gang alcançou um avanço ao injetar nanomateriais de upconversion nas retinas de animais, possibilitando a primeira capacidade de visão de imagem NIR a olho nu em mamíferos. No entanto, devido à aplicabilidade limitada da injeção intravítrea em humanos, o principal desafio dessa tecnologia reside em permitir a percepção humana da luz NIR por meios não invasivos.
Lentes de contato macias e transparentes feitas de compósitos poliméricos oferecem uma solução vestível, mas o desenvolvimento de UCLs enfrenta dois desafios principais: alcançar uma capacidade de upconversion eficiente, o que requer dopagem com nanopartículas de alta upconversion (UCNPs), e manter alta transparência. No entanto, a incorporação de nanopartículas em polímeros altera suas propriedades ópticas, dificultando o equilíbrio entre alta concentração e clareza óptica.
Por meio da modificação da superfície de UCNPs e da triagem de materiais poliméricos com índice de refração correspondente, os pesquisadores desenvolveram UCLs que alcançaram 7 a 9% de integração com UCNPs, mantendo mais de 90% de transparência no espectro visível. Além disso, as UCLs demonstraram desempenho óptico, hidrofilicidade e biocompatibilidade satisfatórios, com resultados experimentais mostrando que tanto modelos murinos quanto usuários humanos conseguiram não apenas detectar luz infravermelha próxima, mas também diferenciar suas frequências temporais.
Mais impressionante ainda, a equipe de pesquisa projetou um sistema de óculos vestíveis integrado a UCLs e otimizou a imagem óptica para superar a limitação de que as UCLs convencionais fornecem aos usuários apenas uma percepção aproximada de imagens NIR. Esse avanço permite que os usuários percebam imagens NIR com resolução espacial comparável à visão na luz visível, permitindo um reconhecimento mais preciso de padrões NIR complexos.
Para lidar melhor com a ampla presença de luz NIR multiespectral em ambientes naturais, pesquisadores substituíram as UCNPs tradicionais por UCNPs tricromáticas para desenvolver lentes de contato tricromáticas de upconversion (tUCLs), que permitiram aos usuários distinguir três comprimentos de onda NIR distintos e perceber um espectro de cores NIR mais amplo. Ao integrar informações de cor, temporais e espaciais, as tUCLs permitiram o reconhecimento preciso de dados codificados por NIR multidimensionais, oferecendo seletividade espectral aprimorada e recursos antiparasitários.
Fig. 2. Aparência de cores de vários padrões (espelhos reflexivos simulados com diferentes espectros de reflexão) sob iluminação visível e infravermelha próxima, conforme observado através do sistema de óculos vestíveis integrado aos tUCLs. (Imagem da equipe do Prof. XUE)
Fig. 3. As UCLs permitem a percepção humana da luz infravermelha próxima em dimensões temporais, espaciais e cromáticas. (Imagem da equipe do Prof. XUE)
Este estudo, que demonstrou uma solução vestível para visão NIR em humanos por meio de UCLs, forneceu uma prova de conceito para visão de cores NIR e abriu aplicações promissoras em segurança, combate à falsificação e tratamento de deficiências de visão de cores.
Link do artigo:https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Escrito por XU Yehong, SHEN Xinyi, editado por ZHAO Zheqian)
Horário da publicação: 07/06/2025