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 développer une vision spatio-temporelle des couleurs dans le proche infrarouge (NIR) grâce à des lentilles de contact à conversion ascendante (UCL). L'étude a été publiée en ligne dans Cell le 22 mai 2025 (EST) et a fait l'objet d'un communiqué de presse.Presse cellulaire.
Dans la nature, les ondes électromagnétiques couvrent une large gamme de longueurs d’onde, mais l’œil humain ne peut percevoir qu’une étroite partie appelée lumière visible, ce qui rend la lumière NIR au-delà de l’extrémité rouge du spectre invisible pour nous.
Fig1. Ondes électromagnétiques et spectre de lumière visible (Image de l'équipe du professeur XUE)
En 2019, une équipe dirigée par le professeur XUE Tian, MA Yuqian et HAN Gang a réalisé une avancée majeure en injectant des nanomatériaux de conversion ascendante dans la rétine d'animaux, permettant ainsi la toute première vision d'images NIR à l'œil nu chez les mammifères. Cependant, en raison de l'applicabilité limitée de l'injection intravitréenne chez l'homme, le principal défi de cette technologie réside dans la perception humaine de la lumière NIR par des moyens non invasifs.
Les lentilles de contact souples transparentes en composites polymères offrent une solution portable, mais leur développement se heurte à deux défis majeurs : obtenir une capacité de conversion ascendante efficace, ce qui nécessite un dopage en nanoparticules à haute conversion ascendante (UCNP), et maintenir une transparence élevée. Cependant, l'incorporation de nanoparticules dans les polymères altère leurs propriétés optiques, rendant difficile l'équilibre entre concentration élevée et clarté optique.
Grâce à la modification de la surface des UCNP et au criblage de matériaux polymères à indice de réfraction adapté, les chercheurs ont développé des UCL atteignant une intégration de 7 à 9 % des UCNP tout en conservant une transparence de plus de 90 % dans le spectre visible. De plus, les UCL ont démontré des performances optiques, une hydrophilie et une biocompatibilité satisfaisantes, les résultats expérimentaux montrant que les modèles murins et les porteurs humains pouvaient non seulement détecter la lumière proche infrarouge, mais aussi en différencier les fréquences temporelles.
Plus impressionnant encore, l'équipe de recherche a conçu un système de lunettes portables intégrant des lentilles de contact optiques (UCL) et une imagerie optique optimisée pour surmonter la limitation des UCL classiques, qui ne fournissent aux utilisateurs qu'une perception approximative 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, permettant 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 UCNP traditionnelles par des UCNP trichromatiques afin de développer des lentilles de contact trichromatiques à conversion ascendante (tUCL). Ces lentilles permettent de distinguer trois longueurs d'onde NIR distinctes et de percevoir un spectre de couleurs NIR plus large. En intégrant les informations colorimétriques, temporelles et spatiales, les tUCL permettent une reconnaissance précise des données multidimensionnelles codées en NIR, offrant une sélectivité spectrale et des capacités anti-interférences améliorées.
Fig. 2. Aspect chromatique de divers motifs (miroirs réfléchissants simulés avec différents spectres de réflexion) sous éclairage visible et proche infrarouge, observés à travers le système de lunettes portables intégré aux tUCL. (Image de l'équipe du professeur XUE)
Fig. 3. Les UCL permettent la perception humaine de la lumière proche infrarouge dans 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 l'article :https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
(Écrit par XU Yehong, SHEN Xinyi, édité par ZHAO Zheqian)
Date de publication : 07/06/2025