एक अद्वितीय प्रयोग में, चूहों को अवरक्त दृष्टि प्राप्त हुई

माउस फोटोरिसेप्टर्स में छड़ें (बाएं) और शंकु (दाएं) से चिपके हुए विशेष नैनोकण (सफेद में दिखाए गए)।

नैनोकणों को चूहों की आंखों में इंजेक्ट करके, वैज्ञानिकों ने उन्हें अवरक्त प्रकाश के पास देखने की अनुमति दी - विद्युत चुम्बकीय विकिरण, आमतौर पर कृन्तकों (या मनुष्यों) को दिखाई नहीं देते हैं। एक अनोखी सफलता, जो समझ में आने पर और भी अधिक असामान्य है, यह है कि इस तरह की तकनीक का उपयोग मनुष्यों पर किया जा सकता है।

चीन के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय के तियान Xue और मैसाचुसेट्स मेडिकल स्कूल के विश्वविद्यालय के गैंग खान के नेतृत्व में एक शोध दल ने चूहों की दृष्टि को बदल दिया ताकि वे सामान्य प्रकाश को देखने की अपनी प्राकृतिक क्षमता को बनाए रखते हुए अवरक्त प्रकाश (NIR) के पास देख सकें। यह विशेष नैनोकणों को उनकी आंखों में इंजेक्ट करके पूरा किया गया था। प्रभाव लगभग 10 सप्ताह तक चला और बिना किसी गंभीर दुष्प्रभाव के।

परीक्षणों की एक श्रृंखला से पता चला कि चूहों ने वास्तव में अवरक्त प्रकाश देखा, और कुछ अन्य चीजें नहीं। वैज्ञानिकों का कहना है कि मानव की आंख चूहों की आंखों से बहुत अलग नहीं है, जो मनुष्यों को इस तकनीक के आवेदन पर एक शानदार दृष्टिकोण की ओर ले जाती है।

मनुष्य और चूहे केवल इंद्रधनुषी बैंड द्वारा इंगित विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के एक संकीर्ण खंड को देख सकते हैं। अन्य जानवर, जैसे कि पक्षी या मधुमक्खी, पराबैंगनी देखने में सक्षम हैं, और सांपों में अवरक्त विकिरण होता है।

मनुष्य, चूहों की तरह, केवल विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के एक संकीर्ण खंड को देख सकते हैं। मनुष्यों के लिए अदृश्य तरंगदैर्ध्य का स्पेक्ट्रम बहुत बड़ा है, हम तथाकथित दृश्यमान स्पेक्ट्रम की सीमाओं से परे कुछ भी नहीं देखते हैं (380 - 740 नैनोमीटर के तरंगदैर्ध्य)। इन्फ्रारेड विकिरण 800 एनएम से एक मिलीमीटर तक, लंबी तरंगों के रूप में मौजूद है।

दुनिया में वस्तुएं, चाहे लोग या सूप की एक गर्म प्लेट या बर्फ के घन की तरह कुछ ठंडा, अवरक्त विकिरण का उत्सर्जन करते हैं। स्तनधारी, जैसे कि मनुष्य और चूहे, NIR नहीं देख सकते हैं, लेकिन हमारे पास प्रौद्योगिकियां हैं, अर्थात् रात या थर्मल दृष्टि चश्मा, जो इस अदृश्य स्पेक्ट्रम को प्रकाश में परिवर्तित कर सकते हैं जिसे हम देख सकते हैं। चूहों पर इस्तेमाल की गई नई तकनीक कुछ ऐसा ही करती है, लेकिन पहनने योग्य तकनीक पर निर्भर होने के बजाय, वैज्ञानिकों ने एक जैविक समाधान का उपयोग किया।

चूहों को सामान्य दृश्य स्पेक्ट्रम से परे देखने की अनुमति देने के लिए, तियान और गंगा ने विशेष नैनोकण विकसित किए हैं जो विकिरण की आवृत्ति को बढ़ाते हैं और मौजूदा कृंतक नेत्र संरचनाओं में कार्य करने में सक्षम हैं। छोटे कणों वाले तरल की बूंदों को सीधे उनकी आंखों में इंजेक्ट किया गया, जिसमें, विशेष एंकर का उपयोग करते हुए, वे फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं के खिलाफ अच्छी तरह से फिट होते हैं। फोटोरिसेप्टर कोशिकाएं - छड़ और शंकु - आमतौर पर दृश्यमान प्रकाश की तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं, जिसे मस्तिष्क दृष्टि के रूप में व्याख्या करता है। प्रयोग में, इंजेक्ट किए गए नैनोकणों ने NIR को एक दृश्य तरंग में परिवर्तित कर दिया, जिसे माउस मस्तिष्क दृश्य जानकारी के रूप में देख सकता था (इस उदाहरण में, वे NIR को हरे रंग की रोशनी मानते थे)। नैनोपार्टिकल्स दो महीने तक आंखों में रहे, जिससे चूहों को एनआईआर और दृश्य प्रकाश दोनों को न्यूनतम दुष्प्रभावों के साथ देखने की अनुमति मिली।



दृष्टि की प्रक्रिया की ग्राफिक छवि। जब इंफ्रारेड लाइट (लाल) फोटोरिसेप्टर सेल (हल्के हरे रंग के घेरे) में प्रवेश करती है, तो नैनोपार्टिकल्स (गुलाबी घेरे) NIR को दृश्यमान हरी रोशनी में बदलते हैं।

फोटोरिसेप्टर कोशिकाओं पर नैनोकणों ने अवरक्त प्रकाश के ट्रांसड्यूसर के रूप में कार्य किया। रेटिना में अवरक्त तरंगों को नैनोकणों द्वारा पकड़ लिया गया था, जो तब उन्हें प्रकाश की छोटी तरंगों के रूप में उत्सर्जित करता था। इस प्रकार, छोटी तरंगों को अवशोषित करने वाले छड़ और शंकु इस संकेत को प्राप्त करने में सक्षम थे और फिर सेरेब्रल कॉर्टेक्स के दृश्य क्षेत्र में परिवर्तित जानकारी भेजते हैं। विशेष रूप से, इंजेक्ट किए गए कणों ने लंबाई में लगभग 980 एनएम का एनआईआर अवशोषित किया और इसे 535 एनएम प्रकाश में बदल दिया। हरे रंग के रूप में चूहों ने अवरक्त प्रकाश को माना। इसका परिणाम रात्रि दृष्टि काले चश्मे में NIR देखने के समान था, सिवाय इसके कि चूहे भी दृश्यमान प्रकाश की अपनी सामान्य धारणा बनाए रख सकते थे। जैसा कि पहले ही संकेत दिया गया था, प्रभाव अस्थायी था, लगभग कई हफ्तों तक, कुछ चूहों में कॉर्निया में बादल छा गए, जो जल्दी से साफ हो गए।

यह साबित करने के लिए कि विधि वास्तव में काम करती है, तियान और गैंग ने कई परीक्षण और प्रयोग किए।

उदाहरण के लिए, चूहों के शिष्य NIR के संपर्क में आने पर कम हो गए, जबकि इंजेक्शन के बिना चूहों के शिष्य नहीं थे। और जब एनआईआर के लिए विशेष रूप से उजागर किया जाता है, तो नैनोकणों के साथ इंजेक्ट किए गए चूहों में मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि के मापन से पता चला कि आंखों और दृश्य प्रांतस्था में दृश्य प्रकाश की उपस्थिति के रूप में कार्य करता है।

व्यवहार परीक्षणों से यह भी पता चला कि तकनीक काम करती है। Y के आकार के भूलभुलैया में रखे गए चूहे को NIR की ओर छिपे हुए आश्रय प्लेटफ़ॉर्म के स्थान को पहचानना सिखाया गया था। परीक्षणों के दौरान, इंजेक्शन वाले चूहों को लगातार एक मंच मिला, और इंजेक्शन के बिना चूहे भूलभुलैया के चारों ओर घूमते हैं। एक अन्य परीक्षण में दो डिब्बों वाला एक बॉक्स शामिल था: एक पूरी तरह से प्रकाश के बिना, और दूसरा एनआईआर द्वारा प्रकाशित किया गया था। रात के जीव की तरह चूहे, अंधेरे की ओर बढ़ते हैं। परीक्षणों में, नैनोकणों के साथ इंजेक्शन किए गए चूहों ने प्रकाश के बिना डिब्बे में अधिक समय बिताया, और इंजेक्शन के बिना चूहों ने अपनी प्राथमिकता को दिखाया।

सेंट लुइस में वाशिंगटन विश्वविद्यालय में नेत्र विज्ञान और दृश्य विज्ञान के प्रोफेसर, व्लादिमीर केफालोव ने कहा, "इन व्यापक प्रयोगों से अवरक्त संवेदी नैनोपार्टिकल्स के साथ इंजेक्शन वाले चूहों को अवरक्त प्रकाश को देखने और दृश्य जानकारी प्राप्त करने की क्षमता प्राप्त होती है।"

एक प्रेस विज्ञप्ति में, तियान ने संकेत दिया कि नैनोकणों चिपक और शंकु से चिपके हुए हैं, और डूबा हुआ अवरक्त प्रकाश द्वारा सक्रिय किया गया है, इसलिए "हम मानते हैं कि यह तकनीक मानव आंखों में काम करेगी, न केवल सुपर-विज़न के रूप में, बल्कि चिकित्सीय उद्देश्यों के लिए भी।" सेल के साथ एक साक्षात्कार में, उन्होंने कहा:

चूहों के विपरीत, मनुष्यों और अन्य प्राइमेट्स में एक रेटिना संरचना होती है जिसे फोविया कहा जाता है, जो उच्च-परिभाषा केंद्रीय दृष्टि प्रदान करता है। मानव फोवे में, शंकु की घनत्व छड़ की तुलना में बहुत अधिक है; जबकि माउस के रेटिना में चिपक की संख्या अधिक होती है। चूंकि छड़ की तुलना में शंकु में विभिन्न वर्णक्रमीय और तीव्रता की संवेदनशीलता होती है, इसलिए हमें मनुष्यों में वांछित प्रकार के शंकु को अधिक प्रभावी ढंग से सक्रिय करने के लिए UCNP उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को ठीक करने की आवश्यकता हो सकती है।

जैसा कि तियान ने कहा, इस तकनीक को किसी व्यक्ति के लिए काम करने के लिए, इसे बदलने की आवश्यकता है, लेकिन नए प्रयोगों से पता चलता है कि इसका परिवर्तन संभव है। केफालोव ने कहा कि मनुष्यों पर इस तरह की अवधारणा का उपयोग करने की क्षमता वास्तविक और रोमांचक है, लेकिन उन्होंने चेतावनी दी कि हमें अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है।

"लेखकों ने दिखाया कि नैनोपार्टिकल्स का एक भी इंजेक्शन माउस रेटिना पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं डालता है," केफालोव ने कहा। "हालांकि, यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि क्या व्यावहारिक अवरक्त दृष्टि को बार-बार इंजेक्शन की आवश्यकता होगी और यदि ऐसा है, तो क्या जीर्ण अवरक्त दृष्टि हमारी आंखों की संरचना और कार्य को प्रभावित करेगी।"

अवरक्त प्रकाश को देखने की क्षमता शानदार लगती है, लेकिन यह निश्चित रूप से एक उपयोगी संकेत होगा। हम अपने सामान्य दृश्य स्पेक्ट्रम की सीमाओं से परे कई चीजें देख सकते हैं - और हमारे पास एक अंतर्निहित रात दृष्टि प्रणाली होगी। जैसा कि तियान ने सेल को समझाया:

वैज्ञानिक एक नई तकनीक विकसित करने की कोशिश कर रहे हैं जो हमारी प्राकृतिक क्षमताओं से परे क्षमताओं के उपयोग की अनुमति देता है। दृश्यमान प्रकाश, जिसे व्यक्ति की प्राकृतिक दृष्टि से माना जा सकता है, विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के बहुत छोटे हिस्से पर कब्जा कर लेता है। विद्युत चुम्बकीय तरंगें या दृश्य प्रकाश की तुलना में कम अधिक जानकारी लेती हैं। सामग्री के आधार पर, वस्तु में निकट अवरक्त में अलग अवशोषण और प्रतिबिंब भी हो सकते हैं। हम नग्न आंखों से इस जानकारी का पता नहीं लगा सकते।

इस संभावित सुधार की एक और दिलचस्प विशेषता यह है कि एक व्यक्ति को भारी और ऊर्जा-गहन उपकरण पहनने की आवश्यकता नहीं होती है, जैसे कि नाइट विजन गॉगल्स। और तकनीक को किसी भी आनुवंशिक हेरफेर की आवश्यकता नहीं है। सबसे अधिक संभावना है, सैन्य इस काम में दिलचस्पी लेंगे।

प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय सिडनी में स्कूल ऑफ मैथमैटिकल एंड फिजिकल साइंसेज के डेओंग जिन ने नए काम को "बहुत ही अभिनव और प्रेरक" कहा। डेटॉन्ग ने कहा कि, उनके ज्ञान के लिए, "यह कार्य इम्प्लांटेबल और" पहनने योग्य "ऑप्टिकल नैनोडेविसेस का पहला उदाहरण है।" उन्होंने कहा कि यह महत्वपूर्ण है कि चूहों में सूजन या कोशिका मृत्यु नहीं होती है, लेकिन यह संभव है कि कुछ कोशिकाएं नैनोपार्टिकल्स को अवशोषित कर लें, एक संभावना "अधिक जांच के योग्य"।

इसी तरह, केफालोव अध्ययन से प्रभावित था, यह कहते हुए कि "लेखकों ने चूहों के दृश्य समारोह पर अवरक्त-संवेदनशील नैनोकणों को इंजेक्ट करने के प्रभाव को चित्रित करके आश्चर्यजनक रूप से अच्छा काम किया," यह जोड़ते हुए कि "अभिनव कार्य प्रकाश का पता लगाने के लिए दृश्य प्रणाली की क्षमता बढ़ाने का एक मूल और शक्तिशाली तरीका प्रदान करता है।" प्राकृतिक दृश्यमान स्पेक्ट्रम की सीमाएं। " वह इसे "हड़ताली" मानते हैं कि नैनोकणों में सबसे अधिक संभावना है कि दृश्य प्रकाश में फोटोरिसेप्टर के सामान्य कार्य में हस्तक्षेप नहीं करते हैं।

उन्होंने कहा कि इस तकनीक का इस्तेमाल दृष्टिहीनता को ठीक करने के लिए किया जा सकता है जैसे कि कलर ब्लाइंडनेस, यह कम स्पष्ट है, उन्होंने कहा।

"रिसेप्शन फोटोरिसेप्टर की क्षमता पर आधारित है ताकि प्रकाश संकेतों का पता लगाया जा सके और इसे बढ़ाया जा सके। फोटोरिसेप्टर की शिथिलता के इलाज के लिए इसका उपयोग करते हुए, दृश्य स्पेक्ट्रम से परे प्रकाश को परिवर्तित करने के अलावा, नए चरणों के विकास की आवश्यकता होगी," केफाल ने कहा।

भविष्य को देखते हुए, तियान और गैंग एफडीए द्वारा अनुमोदित पदार्थों से युक्त जैविक-आधारित नैनोकणों का उपयोग करके तकनीक में सुधार करना चाहते हैं, जिससे उज्जवल अवरक्त दृष्टि भी हो सकती है। वे तकनीक को भी अनुकूलित करना चाहेंगे ताकि यह मानव जीव विज्ञान के करीब हो। प्रौद्योगिकी की दिशा के बारे में आशावादी, तियान और गंगा ने अपने काम के बारे में पहले ही पेटेंट आवेदन दायर कर दिया है।

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