新型隐形眼镜实现了人类近红外色彩图像的视觉

中国科技大学薛天、马玉干团队与龚兴龙、王胜团队、复旦大学张凡团队、国际科研机构合作，制备高透明、高转换效率的隐形眼镜，实现人类近红外时空色彩图像的视觉能力。5月22日，该研究成果在网上发表在《细胞》上，并被细胞出版社报道。

在自然界中，人眼能感知的能见光只占电磁波谱的一小部分。在初步研究中，薛天、马玉干的团队和合作伙伴将一种可以将近红外光转化为能见光的上转化纳米颗粒注射到动物视网膜中，首次实现哺乳动物裸眼近红外图像的视觉能力。研究结果发表在《细胞》中。然而，眼睛注射在人体中的应用是有限的。如何通过非侵入性的方式实现近红外视觉是该技术产品化的关键挑战。

聚合物聚合物材料制备的柔性透明隐形眼镜提供了可穿戴的解决方案。然而，制备近红外光转换隐形眼镜需要解决两个问题：高效转换能力和良好的光学性能。因此，研究人员对上转换纳米颗粒进行表面装饰，提高其在聚合物聚合物材料中的均匀分散性，选择与上转换纳米颗粒折射率匹配的聚合物聚合物材料，制备高混合比例、高透明度的近红外光转换隐形眼镜。

实验证明，戴这种隐形眼镜的小鼠可以识别不同时间频率和方向的近红外光信息。人类志愿者戴隐形眼镜后，不仅能看到一定光强范围的近红外光，还能准确识别近红外光的时间编码信息。

此外，研究人员还开发了一种可穿戴的框架眼镜系统，将隐形眼镜内置在近红外光上，使人类志愿者能够获得与能见光视觉空间分辨率相同的近红外图像视觉，准确识别复杂的近红外图形。

除了时间和空间信息，视觉感知还可以在色彩维度上传递丰富的信息。研究人员用三色正交纳米颗粒代替传统的上转纳米颗粒，制备了三色隐形眼镜。实验结论证明，人类志愿者通过佩戴三色隐形眼镜，可以有效识别三种波长的近红外光，感知各种近红外色。这说明三色隐形眼镜的转换可以有效实现人类近红外图像的视觉。

研究人员表示，该技术仍有改进的空间，例如，目前的上转换效率仍然需要红外光源的辅助直射。此外，如果上转换隐形眼镜能够实现发射光的定向导出，它可能不依赖于框架光学系统来直接实现隐形眼镜介导的细微的近红外图形视觉。这些都依赖于视觉生理学、材料科学和光学的跨学科合作。未来，该技术在医疗、信息处理和视觉辅助技术领域具有显著的应用价值。