Film con eroi con superpoteri, come il volo, Visione a raggi X o forza straordinaria, sono di gran moda. Ma mentre questi personaggi popolari sono semplici voli di fantasia, gli scienziati hanno usato le nanoparticelle per conferire un vero superpotere ai normali topi:la capacità di vedere la luce nel vicino infrarosso. Oggi, gli scienziati segnalano progressi nella realizzazione di versioni di queste nanoparticelle che un giorno potrebbero fornire agli esseri umani una visione notturna integrata.

I ricercatori presenteranno i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Fall 2019 National Meeting &Exposition.

"Quando guardiamo l'universo, vediamo solo luce visibile, "dice Gang Han, dottorato di ricerca, ricercatore principale del progetto, che presenta il lavoro all'incontro. "Ma se avessimo una visione nel vicino infrarosso, potremmo vedere l'universo in un modo completamente nuovo. Potremmo essere in grado di fare astronomia a infrarossi ad occhio nudo, o avere la visione notturna senza attrezzature ingombranti."

Gli occhi degli esseri umani e di altri mammiferi possono rilevare la luce tra le lunghezze d'onda di 400 e 700 nanometri (nm). Luce del vicino infrarosso (NIR), d'altra parte, ha lunghezze d'onda più lunghe, da 750 nm a 1,4 micrometri. Le termocamere possono aiutare le persone a vedere al buio rilevando le radiazioni NIR emesse da organismi o oggetti, ma questi dispositivi sono in genere ingombranti e scomodi. Han e i suoi colleghi si sono chiesti se potevano dare ai topi la visione NIR iniettando un tipo speciale di nanomateriale, chiamate nanoparticelle di conversione (UCNP), nei loro occhi. Queste nanoparticelle, che contengono gli elementi delle terre rare erbio e itterbio, può convertire i fotoni a bassa energia dalla luce NIR in luce verde ad alta energia che gli occhi dei mammiferi possono vedere.

In un lavoro pubblicato all'inizio di quest'anno, i ricercatori, che sono alla University of Massachusetts Medical School, UCNP mirati ai fotorecettori negli occhi dei topi attaccando una proteina che si lega a una molecola di zucchero sulla superficie del fotorecettore. Quindi, hanno iniettato gli UCNP che legano i fotorecettori dietro le retine dei topi. Per determinare se i topi iniettati potevano vedere ed elaborare mentalmente la luce NIR, il team ha condotto diversi test fisiologici e comportamentali. Per esempio, in una prova, i ricercatori hanno messo i topi in un serbatoio d'acqua a forma di Y. Un ramo della vasca aveva una piattaforma su cui i topi potevano arrampicarsi per sfuggire all'acqua. I ricercatori hanno addestrato i topi a nuotare verso la luce visibile a forma di triangolo, che segnava la via di fuga. Un cerchio illuminato in modo simile segnava il ramo senza piattaforma. Quindi, i ricercatori hanno sostituito la luce visibile con la luce NIR. "I topi con l'iniezione di particelle potevano vedere chiaramente il triangolo e nuotare verso di esso ogni volta, ma i topi senza l'iniezione non potevano vedere o dire la differenza tra le due forme, "dice Han.

Sebbene gli UCNP persistano negli occhi dei topi per almeno 10 settimane e non abbiano causato effetti collaterali evidenti, Han vuole migliorare la sicurezza e la sensibilità dei nanomateriali prima di pensare di provarli sugli esseri umani. "Gli UCNP nel nostro articolo pubblicato sono inorganici, e ci sono alcuni inconvenienti lì, " Han dice. "La biocompatibilità non è completamente chiara, e dobbiamo migliorare la luminosità delle nanoparticelle per uso umano." Ora, il team sta sperimentando UCNP costituiti da due coloranti organici, invece di elementi di terre rare. "Abbiamo dimostrato che possiamo produrre UCNP organici con una luminosità molto migliore rispetto a quelli inorganici, " dice. Queste nanoparticelle organiche possono emettere luce verde o blu. Oltre ad avere proprietà migliorate, i coloranti organici potrebbero anche avere meno ostacoli normativi.

Uno dei prossimi passi del progetto potrebbe essere tradurre la tecnologia nel migliore amico dell'uomo. "Se avessimo un super cane in grado di vedere la luce NIR, potremmo proiettare uno schema sul corpo di un trasgressore a distanza, e il cane potrebbe catturarli senza disturbare le altre persone, "Dice Han. Poteri da supereroe a parte, la tecnologia potrebbe anche avere importanti applicazioni mediche, come il trattamento di malattie dell'occhio. "In realtà stiamo esaminando come utilizzare la luce NIR per rilasciare un farmaco dagli UNCP in particolare sui fotorecettori, " dice Han.