近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授薛天和馬玉乾團(tuán)隊(duì)與該校教授龔興龍和王勝團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)教授張凡團(tuán)隊(duì)以及國(guó)際科研機(jī)構(gòu)研究人員，制備出高透明、高轉(zhuǎn)化效率的上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，能夠使人類(lèi)獲得近紅外時(shí)空色彩圖像視覺(jué)能力。

自然界中，人類(lèi)肉眼可感知的可見(jiàn)光僅占電磁波譜很小的一部分。前期研究中，薛天和馬玉乾團(tuán)隊(duì)與合作者，將可把近紅外光轉(zhuǎn)化為綠光的上轉(zhuǎn)換納米顆粒注射到動(dòng)物視網(wǎng)膜中，首次實(shí)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物的裸眼近紅外圖像視覺(jué)能力。但是，眼內(nèi)注射在人體應(yīng)用受限。如何通過(guò)非侵入性方式實(shí)現(xiàn)近紅外視覺(jué)，是該技術(shù)實(shí)用化的關(guān)鍵。

高分子聚合材料制備的軟性透明隱形眼鏡提供了可佩戴式解決方案。然而，制備近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡需要解決高效上轉(zhuǎn)換能力和良好光學(xué)性能兩個(gè)問(wèn)題。為此，研究人員對(duì)上轉(zhuǎn)換納米顆粒進(jìn)行表面修飾，提高它們?cè)诟叻肿泳酆喜牧现械木鶆蚍稚⑿?，篩選出與上轉(zhuǎn)換納米顆粒折射率匹配的高分子聚合材料，制備出高摻雜比例（7%至9%）且高度透明的近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，佩戴這種隱形眼鏡的小鼠可以分辨不同時(shí)間頻率和不同方位的近紅外光信息。更重要的是，佩戴該隱形眼鏡的人類(lèi)志愿者可以準(zhǔn)確識(shí)別通過(guò)近紅外光傳遞的更多信息。

進(jìn)一步，研究人員開(kāi)發(fā)了內(nèi)置近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡的可穿戴式框架眼鏡系統(tǒng)，使人類(lèi)志愿者能夠獲得與可見(jiàn)光視覺(jué)一樣空間分辨率的近紅外圖像視覺(jué)，精確識(shí)別復(fù)雜近紅外圖形。

除時(shí)間和空間信息外，視覺(jué)感知還可以在色彩維度上傳遞豐富信息?？蒲腥藛T利用三色正交上轉(zhuǎn)換納米顆粒取代傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，制備出三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，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(jiàn)光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，佩戴三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，人類(lèi)志愿者可有效識(shí)別三種波長(zhǎng)的近紅外光，感知多種近紅外色彩。這表明，三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡可以有效地讓人類(lèi)獲得近紅外色彩圖像視覺(jué)的能力。

上述研究通過(guò)視覺(jué)生理與納米材料技術(shù)，制備出高透明、高轉(zhuǎn)化效率的上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，實(shí)現(xiàn)了無(wú)源、可穿戴的人類(lèi)近紅外圖像視覺(jué)能力拓展，能夠使人類(lèi)感知近紅外光的時(shí)間、空間和色彩多維度信息。未來(lái)，這一技術(shù)有望在醫(yī)療、信息處理及視覺(jué)輔助技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

5月22日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上，并被細(xì)胞出版社專(zhuān)題報(bào)道。

論文鏈接

電磁波和可見(jiàn)光波譜

各種圖形（不同反射波譜的反射鏡片模擬）通過(guò)tUCLs內(nèi)置的可穿戴式框架眼鏡系統(tǒng)在可見(jiàn)光和近紅外光照射下的色彩顯示

上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡使人類(lèi)獲得近紅外時(shí)空色彩視覺(jué)能力

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)