Gần đây, các nhà khoa học Trung Quốc vừa phát triển thành công một loại kính áp tròng có thể giúp con người và chuột nhìn được trong bóng tối – thậm chí ngay cả khi nhắm mắt, mở ra một bước tiến đầy hứa hẹn của công nghệ thị giác tăng cường. Nghiên cứu này không chỉ mở ra hướng đi mới cho các thiết bị hỗ trợ thị lực, mà còn đặt nền móng cho nhiều ứng dụng tiềm năng trong bảo mật, cứu hộ và y tế.

Kính áp tròng hồng ngoại là gì?

Về cơ bản, kính áp tròng hồng ngoại là một thiết bị đeo trên mắt như kính áp tròng thông thường, nhưng được tích hợp công nghệ nano tiên tiến giúp người dùng có thể nhìn thấy ánh sáng trong phổ hồng ngoại, vốn là vùng ánh sáng mà mắt người không thể nhận biết. Trong khi con người chỉ nhìn thấy ánh sáng có bước sóng từ 400–700 nm, thì ánh sáng hồng ngoại nằm ngoài phạm vi đó, và thường chỉ thấy qua các thiết bị đặc biệt như kính nhìn đêm.

Con người có khả năng nhìn thấy ánh sáng trong tần số 400 - 700nm

Khác với các thiết bị truyền thống như kính nhìn đêm cồng kềnh, vốn thường yêu cầu nguồn điện ngoài và cấu trúc nhiều lớp không tương thích với mắt người, loại kính mới này hoạt động không cần nguồn điện ngoài và gọn nhẹ như kính áp tròng thương mại. Đây là lần đầu tiên công nghệ giúp con người nhìn thấy trong bóng tối được tích hợp vào một thiết bị nhỏ gọn và đeo trực tiếp lên mắt.

Để chế tạo loại kính này, nhóm nghiên cứu đã sàng lọc kỹ lưỡng các vật liệu polymer sinh học, thường được dùng để sản xuất kính áp tròng thương mại để tìm ra loại có chỉ số khúc xạ, tính quang học và cơ học tối ưu. Sau đó, họ tích hợp các hạt nano chuyển đổi ánh sáng - upconversion nanoparticles vào vật liệu này. Các hạt nano này không chỉ chuyển đổi ánh sáng hồng ngoại thành ánh sáng nhìn thấy, mà còn được điều chỉnh để mã màu cho các bước sóng hồng ngoại khác nhau. Điều này giúp người đeo phân biệt chi tiết hơn, thậm chí hỗ trợ người mù màu tiếp cận thêm nhiều dải quang phổ.

Quá trình chuẩn bị kính sát tròng hồng ngoại:

Hạt nano chuyển đổi ánh sáng (UCNPs) được trộn với monomer và đổ vào khuôn. Sau khi đóng khuôn và chiếu tia UV trong 20 phút, lớp kính được tạo hình sẽ được tách ra, rửa sạch bằng nước và ethanol. Cuối cùng, kính được nung ở 50°C trong 10 giờ để hoàn thiện cấu trúc, cho phép chuyển ánh sáng hồng ngoại 980 nm thành ánh sáng khả kiến 535 nm.

Không dừng lại ở đó, nhóm nghiên cứu còn tinh chỉnh đặc tính quang học và cơ học để đảm bảo kính áp tròng không gây hại cho mắt và hoạt động ổn định. Toàn bộ quá trình không yêu cầu can thiệp phẫu thuật hay tiêm trực tiếp vào nhãn cầu như những nghiên cứu trước đây – giúp giải pháp này dễ ứng dụng hơn rất nhiều.

Kết quả thử nghiệm, hạn chế và giải pháp

Với sản phẩm này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm trên chuột bằng cách đặt chúng vào hai chiếc hộp: một tối hoàn toàn và một có chiếu sáng hồng ngoại. Kết quả cho thấy chuột mang kính áp tròng hồng ngoại chọn hộp tối, chứng tỏ chúng có thể “nhìn thấy” ánh sáng hồng ngoại. Đồng thời, đồng tử của chúng co lại khi tiếp xúc với ánh sáng này – dấu hiệu thị lực thực sự phản ứng. Hình ảnh từ não chuột cũng xác nhận rằng vùng xử lý thị giác hoạt động khi tiếp xúc với ánh sáng hồng ngoại.

Sau đó, nhóm tiếp tục thử nghiệm với người bằng cách yêu cầu họ nhận biết tín hiệu nhấp nháy và xác định hướng của nguồn sáng hồng ngoại. Kết quả cho thấy rằng chỉ khi đeo kính áp tròng đặc biệt, các tình nguyện viên mới hoàn thành được bài kiểm tra, cho thấy kính thực sự hoạt động trên người.

Nhóm thử nghiệm lên người và chuột với kết quả tích cực

Hai thí nghiệm trên đều cho thấy rằng cả người và chuột đều nhìn ánh sáng hồng ngoại rõ hơn khi nhắm mắt, điều này là do ánh sáng hồng ngoại xuyên qua mí mắt tốt hơn ánh sáng thường, giúp mở ra nhiều khả năng ứng dụng mới.

Tuy vậy, kính áp tròng hiện tại vẫn gặp vấn đề về độ phân giải do ánh sáng chuyển đổi bị tán xạ khi ở quá gần võng mạc. Để khắc phục, nhóm đã phát triển phiên bản kính đeo thông thường tích hợp cùng công nghệ nano, giúp cải thiện độ rõ nét nhờ khoảng cách xa hơn giữa thấu kính và mắt. Ngoài ra, kính hiện chỉ hoạt động với nguồn sáng hồng ngoại từ đèn LED, chưa đủ nhạy để phát hiện hồng ngoại yếu hơn từ môi trường.

Ứng dụng tiềm năng

Từ những thành công ban đầu, nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ mở rộng ứng dụng sang các lĩnh vực như:

• Giao tiếp bảo mật: Sử dụng ánh sáng hồng ngoại nhấp nháy để truyền thông điệp mã hóa trong an ninh hoặc cứu hộ.
• Nhận diện chống hàng giả: In hình ảnh hồng ngoại lên sản phẩm để xác thực nguồn gốc.
• Hỗ trợ người mù màu: Phân biệt các bước sóng hồng ngoại thông qua mã màu đặc biệt.
• Tăng cường thị lực cho lực lượng cứu hộ: Giúp nhìn rõ trong môi trường tối hoặc đầy khói bụi.

Giáo sư Tian Xue, nhà thần kinh học đồng tác giả nghiên cứu, chia sẻ rằng công nghệ này sẽ mở ra cánh cửa cho những thiết bị đeo không xâm lấn, mang đến ‘siêu thị lực’ cho con người. Trong tương lai, khi kết hợp với tiến bộ về vật liệu và quang học, nhóm kỳ vọng tạo ra kính áp tròng với độ phân giải và độ nhạy vượt trội.