在科研領(lǐng)域的一次重大突破中，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部、合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心以及復(fù)旦大學(xué)的多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)攜手國際科研機(jī)構(gòu)，成功通過一種創(chuàng)新的隱形眼鏡技術(shù)，賦予了人類近紅外時(shí)空色彩圖像視覺能力。這項(xiàng)研究成果在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Cell上發(fā)表，并受到了Cell press的專題報(bào)道。

眾所周知，人類眼睛所能感知的可見光僅占電磁波譜的一小部分，這是由于視網(wǎng)膜感光細(xì)胞中的感光蛋白特性所限。為了突破這一局限，薛天與馬玉乾領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)早在2019年就曾在Cell上發(fā)表過相關(guān)論文，通過向動(dòng)物視網(wǎng)膜中注射一種能將紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的上轉(zhuǎn)換納米材料，首次實(shí)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物的裸眼近紅外圖像視覺。然而，這種方法在人體上的應(yīng)用受到很大限制。

此次研究團(tuán)隊(duì)將目光轉(zhuǎn)向了隱形眼鏡這一日常生活中常見的物品。他們深知，要制備出適合人類視覺的近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，必須解決高效上轉(zhuǎn)換能力和良好光學(xué)性能這兩大難題。傳統(tǒng)的納米顆粒在高分子聚合材料中的融合會(huì)改變其光學(xué)性質(zhì)，使得難以獲得高濃度、高透明度的納米復(fù)合物材料。為了解決這一問題，研究人員對上轉(zhuǎn)換納米顆粒進(jìn)行了表面修飾，并篩選出了與納米顆粒折射率匹配的高分子聚合材料。

經(jīng)過不懈努力，他們成功制備出了高摻雜比例（7-9%）的近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，在大多數(shù)可見光波譜范圍內(nèi)表現(xiàn)出超過90%的透明度，這一性能遠(yuǎn)超國際上已報(bào)道的其他同類材料。佩戴這種隱形眼鏡的小鼠和人類志愿者均獲得了感知近紅外光的能力，甚至能夠分辨不同時(shí)間頻率和不同方位的近紅外光信息。

然而，研究團(tuán)隊(duì)并未止步于此。他們發(fā)現(xiàn)，僅利用隱形眼鏡進(jìn)行近紅外空間信息識(shí)別時(shí)，人類志愿者僅能獲得粗糙的近紅外圖像辨別能力。為了克服這一困難，他們開發(fā)了一種內(nèi)置隱形眼鏡的可穿戴式框架眼鏡系統(tǒng)。通過優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)，對隱形眼鏡轉(zhuǎn)換后的近紅外空間信息進(jìn)行成像處理，使得志愿者能夠獲得與可見光視覺一樣空間分辨率的近紅外圖像視覺。

研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步探索了色彩維度的視覺感知。他們使用三色正交上轉(zhuǎn)換納米顆粒取代了傳統(tǒng)的納米顆粒，可以將三種不同光譜的近紅外光轉(zhuǎn)換成紅、綠、藍(lán)三基色的可見光。通過佩戴由三色上轉(zhuǎn)換納米顆粒制備成的隱形眼鏡，志愿者可以有效地識(shí)別三種波長的近紅外光，感知多種近紅外色彩。

這一創(chuàng)新技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了人類近紅外圖像視覺能力的拓展，還能夠使人類感知近紅外光的時(shí)間、空間和色彩多維度信息。這一成果在醫(yī)療、信息處理及視覺輔助技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。更重要的是，通過非侵入方式靈活調(diào)節(jié)人體視覺波譜范圍，有望為色盲等視覺疾病的治療提供新的解決方案。

盡管這項(xiàng)技術(shù)目前仍處于原理驗(yàn)證階段，且上轉(zhuǎn)換效率還需紅外光源的輔助照射，但研究團(tuán)隊(duì)對未來充滿信心。他們相信，通過視覺生理學(xué)、材料科學(xué)與光學(xué)等多個(gè)學(xué)科的進(jìn)一步緊密合作，這一技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)更大的突破，為人類帶來更加豐富的視覺體驗(yàn)。