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中國(guo)科(ke)學技(ji)術大學薛(xue)天、馬(ma)玉乾(qian)團(tuan)隊(dui)與龔(gong)興龍(long)、王(wang)勝團(tuan)隊(dui)，聯合復旦大學張凡(fan)團(tuan)隊(dui)，以及國(guo)際科(ke)研機構合作，制(zhi)備出(chu)高(gao)透明、高(gao)轉化(hua)效率的(de)上(shang)轉換(huan)隱形眼鏡，實現人類(lei)近紅外(wai)時空(kong)色彩(cai)圖(tu)像(xiang)視覺能力。5月22日，研究(jiu)成果在(zai)線發表(biao)于《細胞》，并被細胞出(chu)版社進行了專(zhuan)題報(bao)道。
被試者在佩戴上轉換隱形眼鏡。課題組供圖
上轉換隱形眼鏡。課題組供圖
自然界中(zhong)(zhong)，人類(lei)肉眼(yan)可(ke)感知(zhi)的(de)可(ke)見光(guang)，僅占(zhan)電磁波(bo)譜很小的(de)一部分。前期(qi)研(yan)究中(zhong)(zhong)，薛天、馬(ma)玉乾團(tuan)隊與合作(zuo)者(zhe)將一種可(ke)以把近(jin)紅外(wai)光(guang)轉換(huan)為可(ke)見光(guang)的(de)上轉換(huan)納米顆粒(li)注射到動物視(shi)網膜中(zhong)(zhong)，首次實現哺(bu)乳動物的(de)裸眼(yan)近(jin)紅外(wai)圖像視(shi)覺(jue)(jue)能力。研(yan)究成果曾發表于(yu)《細胞》。但眼(yan)內注射在(zai)人體應用(yong)受限。如何通過(guo)非侵入性方式實現近(jin)紅外(wai)視(shi)覺(jue)(jue)，是(shi)該(gai)技術實用(yong)化的(de)關鍵挑戰。
高(gao)分子(zi)聚(ju)合材料(liao)制(zhi)(zhi)備(bei)的(de)軟性(xing)透明隱(yin)形眼(yan)鏡提(ti)供(gong)了一個可佩戴(dai)式(shi)的(de)解(jie)決(jue)方案。但(dan)制(zhi)(zhi)備(bei)近紅(hong)外(wai)光(guang)上(shang)(shang)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)隱(yin)形眼(yan)鏡要解(jie)決(jue)兩個問(wen)題(ti)：高(gao)效上(shang)(shang)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)能力(li)和良(liang)好(hao)光(guang)學性(xing)能。為此(ci)，研究人員對上(shang)(shang)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)納米(mi)顆粒(li)進行(xing)表面修飾(shi)，提(ti)高(gao)它(ta)們在(zai)高(gao)分子(zi)聚(ju)合材料(liao)中的(de)均(jun)勻分散性(xing)，同時篩選出(chu)與上(shang)(shang)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)納米(mi)顆粒(li)折射(she)率匹配(pei)的(de)高(gao)分子(zi)聚(ju)合材料(liao)，制(zhi)(zhi)備(bei)出(chu)了高(gao)摻(chan)雜比例并且高(gao)度透明的(de)近紅(hong)外(wai)光(guang)上(shang)(shang)轉(zhuan)(zhuan)換(huan)(huan)隱(yin)形眼(yan)鏡。
實驗(yan)驗(yan)證，佩(pei)(pei)戴這種(zhong)隱(yin)形(xing)(xing)眼鏡(jing)(jing)的(de)小鼠可以分辨(bian)不同(tong)時間頻率(lv)和不同(tong)方位(wei)的(de)近(jin)紅(hong)(hong)外光信息(xi)。人類志愿者(zhe)佩(pei)(pei)戴隱(yin)形(xing)(xing)眼鏡(jing)(jing)后，不僅可以看到一定光強范圍的(de)近(jin)紅(hong)(hong)外光，還可以準確識別近(jin)紅(hong)(hong)外光的(de)時間編碼信息(xi)。
此外(wai)，研究人員還開(kai)發了一(yi)種內(nei)置近(jin)紅(hong)外(wai)光上(shang)轉換隱形眼(yan)(yan)鏡的可穿戴式框架眼(yan)(yan)鏡系統，使人類志愿者能(neng)夠獲得與可見光視覺(jue)一(yi)樣(yang)空間分(fen)辨(bian)率(lv)的近(jin)紅(hong)外(wai)圖像視覺(jue)，精確識別復雜近(jin)紅(hong)外(wai)圖形。
除(chu)了(le)時間和空間信(xin)息(xi)外(wai)，視覺感知(zhi)還(huan)可以(yi)在色彩(cai)維度上(shang)傳(chuan)(chuan)遞豐富的信(xin)息(xi)。研究人(ren)員用三(san)(san)色正交上(shang)轉(zhuan)換(huan)(huan)納米顆粒取代傳(chuan)(chuan)統的上(shang)轉(zhuan)換(huan)(huan)納米顆粒，制(zhi)備出了(le)三(san)(san)色上(shang)轉(zhuan)換(huan)(huan)隱(yin)形(xing)眼鏡。實(shi)(shi)驗(yan)結果證明，通過佩(pei)戴(dai)三(san)(san)色上(shang)轉(zhuan)換(huan)(huan)隱(yin)形(xing)眼鏡，人(ren)類(lei)志(zhi)愿者可以(yi)有效地(di)(di)識別(bie)三(san)(san)種波長(chang)的近紅(hong)外(wai)光，感知(zhi)多種近紅(hong)外(wai)色彩(cai)。這(zhe)表明三(san)(san)色上(shang)轉(zhuan)換(huan)(huan)隱(yin)形(xing)眼鏡可以(yi)有效地(di)(di)實(shi)(shi)現人(ren)類(lei)近紅(hong)外(wai)色彩(cai)圖像視覺。
研究(jiu)人員介(jie)(jie)紹(shao)，這項(xiang)技術(shu)(shu)還(huan)有提升(sheng)空間，例如(ru)目前的上轉(zhuan)換(huan)(huan)效(xiao)率仍需紅(hong)外光(guang)源(yuan)的輔助照(zhao)射。此外上轉(zhuan)換(huan)(huan)隱形眼(yan)鏡如(ru)能實(shi)現發(fa)射光(guang)的定向輸出，就可能不依賴于鏡框(kuang)光(guang)學系(xi)統直接實(shi)現隱形眼(yan)鏡介(jie)(jie)導的精細近紅(hong)外圖形視(shi)(shi)覺。這些都有賴于視(shi)(shi)覺生理學、材料(liao)科學和光(guang)學的跨(kua)學科合作。未來，該(gai)技術(shu)(shu)在醫療、信息處理及(ji)視(shi)(shi)覺輔助技術(shu)(shu)領域具有廣(guang)泛(fan)應(ying)用前景。
相關(guan)論(lun)文信(xin)息：//doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019
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