Des films mettant en scène des héros aux super pouvoirs, comme le vol, Vision aux rayons X ou force extraordinaire, font fureur. Mais alors que ces personnages populaires ne sont que de simples envolées, les scientifiques ont utilisé des nanoparticules pour conférer un véritable super pouvoir à des souris ordinaires :la capacité de voir la lumière proche infrarouge. Aujourd'hui, les scientifiques rapportent des progrès dans la fabrication de versions de ces nanoparticules qui pourraient un jour offrir une vision nocturne intégrée aux humains.

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion et exposition nationale de l'American Chemical Society (ACS) à l'automne 2019.

"Quand on regarde l'univers, nous ne voyons que la lumière visible, " dit Gang Han, Doctorat., le chercheur principal du projet, qui présente le travail à la réunion. "Mais si nous avions une vision proche infrarouge, nous pouvions voir l'univers d'une toute nouvelle manière. Nous pourrions peut-être faire de l'astronomie infrarouge à l'œil nu, ou avoir une vision nocturne sans équipement encombrant."

Les yeux des humains et des autres mammifères peuvent détecter la lumière entre les longueurs d'onde de 400 et 700 nanomètres (nm). Lumière proche infrarouge (NIR), d'autre part, a des longueurs d'onde plus longues—750 nm à 1,4 micromètres. Les caméras thermiques peuvent aider les gens à voir dans l'obscurité en détectant le rayonnement NIR émis par des organismes ou des objets, mais ces dispositifs sont généralement encombrants et peu pratiques. Han et ses collègues se sont demandé s'ils pouvaient donner à des souris une vision NIR en injectant un type spécial de nanomatériau, appelées nanoparticules de conversion ascendante (UCNP), dans leurs yeux. Ces nanoparticules, qui contiennent les éléments de terres rares erbium et ytterbium, peut convertir les photons à faible énergie de la lumière NIR en lumière verte à plus haute énergie que les yeux des mammifères peuvent voir.

Dans un travail publié plus tôt cette année, les chercheurs, qui sont à la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts, UCNP ciblé sur les photorécepteurs dans les yeux de souris en attachant une protéine qui se lie à une molécule de sucre sur la surface du photorécepteur. Puis, ils ont injecté les UCNP se liant aux photorécepteurs derrière les rétines des souris. Pour déterminer si les souris injectées pouvaient voir et traiter mentalement la lumière NIR, l'équipe a effectué plusieurs tests physiologiques et comportementaux. Par exemple, en un seul essai, les chercheurs ont placé les souris dans un réservoir d'eau en forme de Y. Une branche du réservoir avait une plate-forme sur laquelle les souris pouvaient grimper pour échapper à l'eau. Les chercheurs ont entraîné les souris à nager vers la lumière visible en forme de triangle, qui marquait la voie d'évacuation. Un cercle éclairé de la même manière marquait la branche sans plate-forme. Puis, les chercheurs ont remplacé la lumière visible par la lumière NIR. "Les souris avec l'injection de particules pouvaient voir clairement le triangle et nager vers lui à chaque fois, mais les souris sans injection ne pouvaient pas voir ou faire la différence entre les deux formes, " dit Han.

Bien que les UCNP aient persisté dans les yeux des souris pendant au moins 10 semaines et n'aient causé aucun effet secondaire notable, Han veut améliorer la sécurité et la sensibilité des nanomatériaux avant d'envisager de les essayer chez l'homme. "Les UCNP dans notre article publié sont inorganiques, et il y a des inconvénients là-dedans, " dit Han. " La biocompatibilité n'est pas complètement claire, et nous devons améliorer la luminosité des nanoparticules à usage humain. l'équipe expérimente des UCNPs constitués de deux colorants organiques, au lieu d'éléments de terres rares. "Nous avons montré que nous pouvons fabriquer des UCNP organiques avec une luminosité bien améliorée par rapport aux inorganiques, " dit-il. Ces nanoparticules organiques peuvent émettre de la lumière verte ou bleue. En plus d'avoir des propriétés améliorées, les colorants organiques pourraient également avoir moins d'obstacles réglementaires.

L'une des prochaines étapes du projet pourrait être de traduire la technologie en meilleur ami de l'homme. "Si nous avions un super chien capable de voir la lumière NIR, nous pourrions projeter un motif sur le corps d'un contrevenant à distance, et le chien pouvait les attraper sans déranger les autres, " dit Han. Pouvoirs de super-héros mis à part, la technologie pourrait également avoir d'importantes applications médicales, comme le traitement des maladies de l'œil. "Nous cherchons en fait à utiliser la lumière NIR pour libérer un médicament des UNCP spécifiquement au niveau des photorécepteurs, " dit Han.