Kính áp tròng nhìn xuyên bóng tối: Công nghệ nano giúp nhìn hồng ngoại trực tiếp không cần phẫu thuật

Con người thông thường chỉ có thể nhìn thấy ánh sáng trong dải từ 400 nm đến 700 nm. Tuy nhiên, một nhóm nghiên cứu do Yuqian Ma dẫn đầu đã mở rộng giới hạn này bằng cách phát triển kính áp tròng mềm có khả năng chuyển đổi photon cận hồng ngoại (NIR) thành ánh sáng nhìn thấy, mang lại khả năng nhìn hồng ngoại trực tiếp cho người đeo mà không cần bất kỳ cuộc phẫu thuật nào.

Công nghệ nano “thổi hồn” cho tầm nhìn đêm

Các thấu kính này được tích hợp các hạt nano chuyển đổi tần số (upconversion nanoparticles) trong ma trận poly-HEMA. Bằng cách điều chỉnh chỉ số khúc xạ của polymer khớp với các hạt và giữ tải lượng hạt nano ở mức 7% theo khối lượng, các tác giả đã duy trì độ trong suốt hơn 85% trên toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy. Các thử nghiệm cơ học cho thấy độ linh hoạt và khả năng chống mỏi tương đương với kính áp tròng thương mại. Đặc biệt, các thử nghiệm an toàn trên mắt chuột kéo dài sáu giờ không cho thấy bất kỳ hiện tượng chết tế bào giác mạc hoặc viêm võng mạc nào.

Chứng minh hiệu quả trên chuột và người

Điện võng đồ (Electroretinography) đã ghi nhận các phản ứng ánh sáng nhìn thấy bình thường, cùng với các phản ứng NIR rõ ràng chỉ khi có mặt kính áp tròng. Chuột đeo kính áp tròng co đồng tử dưới ánh sáng 980 nm, tránh một buồng được chiếu sáng bằng NIR và sử dụng nhấp nháy NIR để thoát khỏi cú sốc. Những hiệu ứng này vẫn tồn tại ngay cả khi mí mắt được khâu lại, phù hợp với việc mí mắt có độ truyền sáng 23% ở 980 nm so với 0.4% ở 535 nm.

Các tình nguyện viên người tham gia cũng cho thấy kết quả tương tự. Người đeo kính áp tròng có thể phát hiện các tia sáng NIR trong bóng tối và dưới ánh sáng môi trường 300 lux; nhắm mắt lại hầu như không làm giảm độ nhạy NIR nhưng lại làm giảm độ nhạy ánh sáng nhìn thấy hai bậc độ lớn. Ngưỡng hợp nhất nhấp nháy NIR của họ khớp với tiêu chuẩn ánh sáng nhìn thấy, và họ có thể giải mã các chuỗi tín hiệu kiểu Morse chính xác như với ánh sáng nhìn thấy. Một module kính mắt bên ngoài gồm ba thấu kính đã chiếu cảnh NIR qua một lớp màng chuyển đổi tần số phẳng, cho ra giới hạn độ phân giải không gian gần 65 chu kỳ trên mỗi độ và cho phép nhận diện các mẫu đường thẳng, chữ cái và hình dạng NIR đơn giản.

Mở rộng sang tầm nhìn hồng ngoại có màu

Việc thay thế các hạt nano thông thường bằng một thiết kế ba màu, kích thích vuông góc đã bổ sung thêm màu sắc. Các kích thích riêng biệt ở 808 nm, 980 nm và 1532 nm đã tạo ra các phát xạ riêng biệt màu xanh lá cây, xanh lam và đỏ. Các thử nghiệm đối sánh màu cho thấy người dùng có thể kết hợp ba kênh NIR “cơ bản” này để tái tạo toàn bộ gam màu sắc kích thước NTSC và phân biệt các biểu tượng đa màu, các câu được mã hóa bằng các tín hiệu màu sắc và thời gian kết hợp, và các vật thể phản xạ có màu sắc NIR khác với vẻ ngoài nhìn thấy của chúng.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng công nghệ kính áp tròng này vẫn còn nhiều năm nữa mới có thể thương mại hóa. Các vấn đề như độ nhạy thấp nếu không có chiếu sáng NIR chủ động, giới hạn độ phân giải cố hữu, thách thức về độ ổn định màu sắc và nhu cầu thử nghiệm rộng rãi hơn trên con người cần phải được giải quyết. Kính thông minh với camera và màn hình NIR có thể đến tay người tiêu dùng trong vài năm tới, trong khi kính áp tròng chuyển đổi tần số có lẽ sẽ cần thêm nhiều năm nữa để nghiên cứu vật liệu, quang học và các quy định pháp lý.