La vision nocturne de Superman : bientôt une réalité pour les humains?

Crédit : https://superfriends.fandom.com/wiki/Infrared_vision

La vision des êtres humains et des autres mammifères est limitée à la gamme de longueurs d’onde de lumière visible, soit de 400 à 700 nm. Cependant, 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. Les objets peuvent également refléter la lumière infrarouge.

Récemment, un groupe multidisciplinaire de scientifiques dirigé par Xue et Jin Bao de l’Université des sciences et technologies de Chine, ainsi que Gang Hang de la faculté de médecine de l’Université du Massachusetts, ont mis au point une nanotechnologie permettant aux mammifères de bénéficier d’une vision nocturne. Une seule injection de nano-antennes* dans les yeux de souris a permis une vision infrarouge jusqu’à 10 semaines avec des effets secondaires minimes, leur permettant de voir la lumière proche infrarouge (near-infrared, NIR) même pendant la journée et avec suffisamment de spécificité pour distinguer différentes formes.

Dans le cadre de cette étude, les scientifiques ont fabriqué des nanoparticules capables de s’ancrer étroitement aux cellules photoréceptrices et d’agir comme de minuscules transducteurs** de lumière infrarouge. Lorsque la lumière infrarouge frappe la rétine, les nanoparticules capturent les longueurs d’onde infrarouges les plus longues (~980 nm) et émettent des longueurs d’onde plus courtes dans la plage de la lumière visible (~535 nm). La tige ou le cône à proximité absorbe ensuite la longueur d’onde la plus courte et envoie un signal normal au cerveau, comme si la lumière visible avait atteint la rétine.

Comme les humains, les souris ne peuvent pas voir l’infrarouge naturellement. Ainsi, les chercheurs ont mis au point une série de tests pour déterminer si les souris traitées avec les nanoparticules étaient capables de percevoir la lumière NIR. Ils ont démontré que les souris injectées avec ces nano-antennes peuvent non seulement percevoir la lumière NIR, mais aussi obtenir une vision de motif NIR et sont même capables de différencier ces motifs de forme sophistiquée tels que des triangles et des cercles. Aussi, les souris traitées ont été capables de percevoir ces structures lumineuses même à la lumière du jour, indiquant que les nanoparticules travaillaient en parallèle avec la vision conventionnelle. Après environ deux semaines, la capacité s’est estompée et les nanoparticules n’ont laissé aucun effet persistant pour les souris ou leur vision.

Des nanoparticules de conversion ascendante*** de structure noyau-coquille (core-shell-structured upconversion nanoparticles, peaUCNPs) ont été générées afin de convertir la lumière NIR en une longueur d’onde d’environ 550 nm. Afin de rendre ces nanoparticules hydrosolubles, la protéine concanavaline A (ConA) a été conjuguée à la surface des nanoparticules. Ensuite, ces nanoparticules (pbUCNPs) peuvent se lier aux glycoprotéines du segment externe des photorécepteurs. Une fois que les pbUCNPs sont injectées et liées aux photorécepteurs des souris, celles-ci sont capables de convertir les photons de basse énergie en photons de haute énergie, permettant aux souris de développer une vision infrarouge.

La technologie infrarouge actuelle repose sur des détecteurs et des caméras qui sont souvent limités par la lumière du jour et qui ont besoin de sources d’alimentation extérieures. Les chercheurs estiment que les nanoparticules bio-intégrées sont plus souhaitables pour des applications infrarouges potentielles comme la cryptographie, les systèmes de sécurité et les opérations militaires.  De plus, cette technologie ouvre une avenue de recherche pour le traitement de déficits visuels comme le daltonisme. Les chercheurs sont confiants que cette recherche constitue une avancée majeure dans le domaine de la biotechnologie. Peut-être même, dans un futur presque tangible, les humains auront la capacité de voir toutes les informations cachées du rayonnement proche infrarouge et infrarouge de l’univers, qui sont actuellement invisibles à nos yeux nus.   ■

*Nano-antenne : structure à l’échelle nanométrique ressemblant à une antenne pour l’envoi et la transmission d’ondes électromagnétiques.

**Transducteur : dispositif convertissant un signal physique en un autre ; par exemple un signal lumineux en signal nerveux ou signal électrique.

***Nanoparticules de conversion ascendante : nanoparticules qui présentent une conversion à la hausse de photon. Lors de la conversion ascendante de photons, deux ou plusieurs photons incidents d’énergie relativement faible sont absorbés et convertis en un photon émis avec une énergie plus élevée.

Article par Valérie Charbonneau

Références :
1 Yuqian Ma et al. Mammalian Near-Infrared Image Vision through Injectable and Self-Powered Retinal Nanoantennae. Cell, 2019.
2 Cell Press. (2019). Nanotechnology makes it possible for mice to see in infrared. ScienceDaily. Consulté le 12/04/2019. URL : www.sciencedaily.com/releases/20
19/02/190228141412.htm

Une réponse pour “La vision nocturne de Superman : bientôt une réalité pour les humains?”

  1. kate-blog.xyz23 mars 2020 à 21 h 31 minRépondre

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