Une équipe de recherche dirigée par les professeurs XUE Tian et MA Yuqian de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC), en collaboration avec plusieurs groupes de recherche, a réussi à rendre possible la vision des couleurs spatio-temporelle dans le proche infrarouge (NIR) grâce à des lentilles de contact à conversion ascendante (UCL). L'étude a été publiée en ligne dans la revue Cell le 22 mai 2025 (heure de l'Est des États-Unis) et a fait l'objet d'un communiqué de presse.Cell Press.
Dans la nature, les ondes électromagnétiques couvrent une large gamme de longueurs d'onde, mais l'œil humain ne peut percevoir qu'une portion étroite appelée lumière visible, ce qui rend la lumière NIR, au-delà de l'extrémité rouge du spectre, invisible pour nous.
Fig. 1. Ondes électromagnétiques et spectre de la lumière visible (Image de l'équipe du professeur Xue)
En 2019, une équipe dirigée par les professeurs XUE Tian, MA Yuqian et HAN Gang a réalisé une avancée majeure en injectant des nanomatériaux à conversion ascendante dans la rétine d'animaux, permettant ainsi, pour la première fois chez les mammifères, la vision à l'œil nu dans le proche infrarouge. Cependant, compte tenu des limites de l'injection intravitréenne chez l'humain, le principal défi pour cette technologie réside dans la possibilité de percevoir la lumière proche infrarouge de manière non invasive.
Les lentilles de contact souples et transparentes en composites polymères offrent une solution portable, mais leur développement se heurte à deux défis majeurs : obtenir une conversion ascendante efficace, qui nécessite un dopage important en nanoparticules de conversion ascendante (UCNP), et maintenir une transparence élevée. Or, l’incorporation de nanoparticules dans les polymères modifie leurs propriétés optiques, rendant difficile l’équilibre entre concentration élevée et clarté optique.
Grâce à la modification de surface des nanoparticules de conversion ascendante (UCNP) et à la sélection de matériaux polymères à indice de réfraction adapté, des chercheurs ont développé des lentilles à conversion ascendante (UCL) intégrant 7 à 9 % d'UCNP tout en conservant une transparence supérieure à 90 % dans le spectre visible. De plus, ces UCL ont démontré des performances optiques, une hydrophilie et une biocompatibilité satisfaisantes. Les résultats expérimentaux ont montré que des modèles murins et des sujets humains pouvaient non seulement détecter la lumière proche infrarouge, mais aussi différencier ses fréquences temporelles.
Plus impressionnant encore, l'équipe de recherche a conçu un système de lunettes connectées intégrant des lentilles de contact ultra-résistantes (UCL) et une imagerie optique optimisée afin de pallier la limitation des UCL conventionnelles qui n'offrent qu'une perception grossière des images NIR. Cette avancée permet aux utilisateurs de percevoir les images NIR avec une résolution spatiale comparable à celle de la vision en lumière visible, autorisant ainsi une reconnaissance plus précise des motifs NIR complexes.
Pour mieux gérer la présence généralisée de lumière NIR multispectrale dans les environnements naturels, les chercheurs ont remplacé les nanoparticules à conversion ascendante (UCNP) traditionnelles par des UCNP trichromatiques afin de développer des lentilles de contact à conversion ascendante trichromatiques (tUCL). Ces lentilles permettent aux utilisateurs de distinguer trois longueurs d'onde NIR distinctes et de percevoir un spectre de couleurs NIR plus large. En intégrant les informations de couleur, temporelles et spatiales, les tUCL permettent une reconnaissance précise des données multidimensionnelles encodées en NIR, offrant une sélectivité spectrale et une résistance aux interférences améliorées.
Figure 2. Apparence colorée de différents motifs (miroirs réfléchissants simulés avec différents spectres de réflexion) sous éclairage visible et proche infrarouge, observée à travers le système de lunettes connectées intégrant des lentilles de contact ultrasonores (tUCL). (Image fournie par l'équipe du professeur Xue)
Figure 3. Les UCL permettent la perception humaine de la lumière NIR selon les dimensions temporelle, spatiale et chromatique. (Image de l'équipe du professeur Xue)
Cette étude, qui a démontré une solution portable pour la vision NIR chez l'homme grâce aux UCL, a fourni une preuve de concept pour la vision des couleurs NIR et a ouvert des applications prometteuses dans la sécurité, la lutte contre la contrefaçon et le traitement des déficiences de la vision des couleurs.
Lien vers le document :https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Écrit par XU Yehong, SHEN Xinyi, édité par ZHAO Zheqian)
Date de publication : 7 juin 2025