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Filme mit Helden mit Superkräften wie Flug, Röntgenbild oder außergewöhnliche Stärke sind in aller Munde. Aber während diese beliebten Charaktere nur Fantasieflüge sind, haben Wissenschaftler mit Hilfe von Nanopartikeln gewöhnlichen Mäusen eine echte Superkraft verliehen: die Fähigkeit, Nahinfrarotlicht zu sehen. Heute berichten Wissenschaftler über Fortschritte bei der Herstellung von Versionen dieser Nanopartikel, die den Menschen eines Tages ein eingebautes Nachtsehen geben könnten.

„Wenn wir das Universum betrachten, sehen wir nur sichtbares Licht“, sagt Dr. Gang Han, der leitende Forscher des Projekts, der die Arbeit auf dem Treffen präsentiert. „Aber wenn wir Nahinfrarot-Sehen hätten, könnten wir das Universum auf eine ganz neue Art und Weise sehen. Wir können vielleicht Infrarot-Astronomie mit bloßem Auge machen, oder Nachtsicht ohne sperrige Ausrüstung haben.“

Die Augen von Menschen und anderen Säugetieren können Licht zwischen den Wellenlängen von 400 und 700 Nanometern (nm) erkennen. Nahinfrarotlicht (NIR) hingegen hat längere Wellenlängen – 750 nm bis 1,4 Mikrometer. Wärmebildkameras können Menschen helfen, im Dunkeln zu sehen, indem sie NIR-Strahlung erkennen, die von Organismen oder Objekten abgegeben wird, aber diese Geräte sind in der Regel sperrig und unbequem. Han und seine Kollegen fragten sich, ob sie Mäusen das NIR-Sehen geben könnten, indem sie ihnen eine spezielle Art von Nanomaterial, die sogenannten Upconversion-Nanopartikel (UCNPs), in die Augen spritzten. Diese Nanopartikel, die die Seltenerdelemente Erbium und Ytterbium enthalten, können niederenergetische Photonen aus NIR-Licht in energiereiches grünes Licht umwandeln, das Säugetieraugen sehen können.

Organische Nanopartikel in einem Fläschchen wandeln unsichtbares Nahinfrarotlicht in intensives blaues Licht um, das für das menschliche Auge gut sichtbar ist.

In einer Anfang dieses Jahres veröffentlichten Arbeit richteten die Forscher der University of Massachusetts Medical School UCNPs auf Photorezeptoren in Mausaugen, indem sie ein Protein an hielten, das an ein Zuckermolekül auf der Oberfläche des Photorezeptors bindet. Dann injizierten sie die photorezeptorbindenden UCNPs hinter die Netzhaut der Mäuse. Um festzustellen, ob die injizierten Mäuse NIR-Licht sehen und mental verarbeiten konnten, führte das Team mehrere physiologische und verhaltensbezogene Tests durch. Zum Beispiel haben die Forscher die Mäuse in einem Test in einen Y-förmigen Wassertank gelegt. Ein Teil des Tanks hatte eine Plattform, auf die die Mäuse klettern konnten, um dem Wasser zu entkommen.

Die Forscher trainierten die Mäuse, in Form eines Dreiecks, das den Fluchtweg markierte, zum sichtbaren Licht zu schwimmen. Ein ähnlich leuchtender Kreis markierte den Ast ohne Plattform. Dann ersetzten die Forscher das sichtbare Licht durch NIR-Licht. „Die Mäuse mit der Partikelinjektion konnten das Dreieck deutlich sehen und jedes Mal zu ihm schwimmen, aber die Mäuse ohne die Injektion konnten den Unterschied zwischen den beiden Formen nicht sehen oder erkennen“, sagt Han. Ein Video dieser Arbeit, das von Han’s Institution veröffentlicht wurde, kann angesehen werden. here.

Obwohl die UCNPs mindestens 10 Wochen lang in den Augen der Mäuse verharrten und keine nennenswerten Nebenwirkungen zeigten, will Han die Sicherheit und Empfindlichkeit der Nanomaterialien verbessern, bevor er darüber nachdenkt, sie am Menschen auszuprobieren. „Die UCNPs in unserem veröffentlichten Papier sind anorganisch, und es gibt dort einige Nachteile“, sagt Han. „Die Biokompatibilität ist nicht ganz klar, und wir müssen die Helligkeit der Nanopartikel für den menschlichen Gebrauch verbessern.“ Jetzt experimentiert das Team mit UCNPs, die aus zwei organischen Farbstoffen bestehen, anstelle von Seltenerdelementen. „Wir haben gezeigt, dass wir organische UCNPs mit einer deutlich verbesserten Helligkeit im Vergleich zu den anorganischen herstellen können“, sagt er. Diese organischen Nanopartikel können entweder grünes oder blaues Licht abgeben. Neben verbesserten Eigenschaften könnten die organischen Farbstoffe auch weniger regulatorische Hürden aufweisen.

Einer der nächsten Schritte für das Projekt könnte die Übertragung der Technologie auf den besten Freund des Menschen sein. „Wenn wir einen Superhund hätten, der NIR-Licht sehen könnte, könnten wir aus der Ferne ein Muster auf den Körper eines Gesetzesbrechers projizieren, und der Hund könnte sie fangen, ohne andere Menschen zu stören“, sagt Han. Abgesehen von den Kräften des Superhelden könnte die Technologie auch wichtige medizinische Anwendungen haben, wie z.B. die Behandlung von Augenerkrankungen. „Wir untersuchen derzeit, wie man mit NIR-Licht ein Medikament aus den UNCPs speziell an den Photorezeptoren freisetzt“, sagt Han.

Die Forscher präsentierten ihre Ergebnisse auf der American Chemical Society (ACS) Herbst 2019 National Meeting & Exposition. ACS, die weltweit größte wissenschaftliche Gesellschaft, hält hier bis Donnerstag die Sitzung ab. Es bietet mehr als 9.500 Vorträge zu einem breiten Spektrum von wissenschaftlichen Themen.

Kontakte und Quellen:
Katie Cottingham, Ph.D.

Amerikanische Chemische Gesellschaft

Quelle https://beforeitsnews.com

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