La nanotechnologie permet aux souris de voir dans l'infrarouge

Les souris avec une vision améliorée par la nanotechnologie ont pu voir la lumière infrarouge ainsi que la lumière visible, rapporte une étude publiée le 28 février dans la revue Cell . Une seule injection de nanoparticules dans les yeux des souris a conféré une vision infrarouge jusqu'à 10 semaines avec des effets secondaires minimes, leur permettant de voir la lumière infrarouge même pendant la journée et avec suffisamment de spécificité pour distinguer les différentes formes. Ces découvertes pourraient conduire à des progrès dans les technologies de vision infrarouge humaine, y compris des applications potentielles dans le cryptage civil, la sécurité et les opérations militaires.

Les humains et les autres mammifères sont limités à voir une gamme de longueurs d'onde de lumière appelée lumière visible, qui comprend les longueurs d'onde de l'arc-en-ciel. Mais le rayonnement infrarouge, qui a une longueur d'onde plus longue, est tout autour de nous. Les personnes, les animaux et les objets émettent de la lumière infrarouge lorsqu'ils dégagent de la chaleur, et les objets peuvent également réfléchir la lumière infrarouge.

«La lumière visible qui peut être perçue par la vision naturelle de l'homme n'occupe qu'une très petite fraction du spectre électromagnétique», déclare l'auteur principal Tian Xue de l'Université des sciences et technologies de Chine. "Les ondes électromagnétiques plus longues ou plus courtes que la lumière visible transportent beaucoup d'informations."

Un groupe multidisciplinaire de scientifiques dirigé par Xue et Jin Bao à l'Université des sciences et technologies de Chine ainsi que Gang Han à la faculté de médecine de l'Université du Massachusetts, a développé la nanotechnologie pour travailler avec les structures existantes de l'œil.

«Lorsque la lumière pénètre dans l'œil et atteint la rétine, les bâtonnets et les cônes - ou cellules photoréceptrices - absorbent les photons avec les longueurs d'onde de la lumière visible et envoient les signaux électriques correspondants au cerveau», explique Han. "Parce que les longueurs d'onde infrarouges sont trop longues pour être absorbées par les photorécepteurs, nous ne sommes pas en mesure de les percevoir."

Dans cette étude, les scientifiques ont fabriqué des nanoparticules qui peuvent s'ancrer étroitement aux cellules photoréceptrices et agir comme de minuscules transducteurs de lumière infrarouge. Lorsque la lumière infrarouge atteint la rétine, les nanoparticules capturent les longueurs d'onde infrarouges les plus longues et émettent des longueurs d'onde plus courtes dans la plage de lumière visible. La tige ou le cône voisin absorbe alors la longueur d'onde la plus courte et envoie un signal normal au cerveau, comme si la lumière visible avait atteint la rétine.

«Dans notre expérience, les nanoparticules ont absorbé la lumière infrarouge d'environ 980 nm de longueur d'onde et l'ont convertie en lumière atteignant un pic à 535 nm, ce qui a fait apparaître la lumière infrarouge comme étant de couleur verte», explique Bao.

Les chercheurs ont testé les nanoparticules chez des souris qui, comme les humains, ne peuvent pas voir l'infrarouge naturellement. Les souris qui ont reçu les injections ont montré des signes physiques inconscients de détection de la lumière infrarouge, comme la constriction de leurs pupilles, tandis que les souris recevant uniquement la solution tampon ne répondaient pas à la lumière infrarouge.

Pour tester si les souris pouvaient donner un sens à la lumière infrarouge, les chercheurs ont mis en place une série de tâches de labyrinthe pour montrer que les souris pouvaient voir l'infrarouge dans des conditions de lumière du jour, simultanément avec la lumière visible.

Dans de rares cas, des effets secondaires des injections tels que des cornées troubles se sont produits mais ont disparu en moins d'une semaine. Cela peut avoir été causé par le processus d'injection seul parce que les souris qui n'ont reçu que des injections de la solution tampon avaient un taux similaire de ces effets secondaires. D'autres tests n'ont révélé aucun dommage à la structure de la rétine après les injections sous-rétiniennes.

«Dans notre étude, nous avons montré que les bâtonnets et les cônes se lient à ces nanoparticules et sont activés par la lumière proche infrarouge», explique Xue. "Nous pensons donc que cette technologie fonctionnera également dans les yeux humains, non seulement pour générer une super vision, mais aussi pour des solutions thérapeutiques dans les déficits de vision humaine de couleur rouge."

La technologie infrarouge actuelle repose sur des détecteurs et des caméras qui sont souvent limités par la lumière du jour ambiante et nécessitent des sources d'alimentation extérieures. Les chercheurs pensent que les nanoparticules bio-intégrées sont plus souhaitables pour des applications infrarouges potentielles dans le cryptage civil, la sécurité et les opérations militaires. «À l'avenir, nous pensons qu'il est possible d'améliorer la technologie avec une nouvelle version de nanoparticules à base organique, faites de composés approuvés par la FDA, qui semblent donner une vision infrarouge encore plus brillante», déclare Han.

Les chercheurs pensent également que davantage de travail peut être fait pour affiner le spectre d'émission des nanoparticules en fonction des yeux humains, qui utilisent plus de cônes que de bâtonnets pour leur vision centrale par rapport aux yeux de souris. «C'est un sujet passionnant car la technologie que nous avons rendue possible ici pourrait à terme permettre aux êtres humains de voir au-delà de nos capacités naturelles», déclare Xue.