摘要：由于光子探测视蛋白的物理热力学性质导致光谱感知范围受限，通常而言，人类以及其他哺乳动物肉眼可以感知的电磁波谱只有大约400~700纳米，波长超出该区间的光线，就进入了红外光的范畴。但现在，人类拥有了一种全新的红外光感知方式——只需要戴上一款隐形眼镜，就能将红外
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2025年05月26日 10:36江苏
由于光子探测视蛋白的物理热力学性质导致光谱感知范围受限，通常而言，人类以及其他哺乳动物肉眼可以感知的电磁波谱只有大约400~700纳米，波长超出该区间的光线，就进入了红外光的范畴。但现在，人类拥有了一种全新的红外光感知方式——只需要戴上一款隐形眼镜，就能将红外光转换为可见光，从而拥有红外视觉。
2019年，中国科学技术大学生命科学与医学部和合肥微尺度物质科学国家研究中心薛天/马玉乾团队与韩纲教授研究组在《细胞》期刊发表论文，开发了一种将红外光转换为可见光的转换纳米材料。将材料注射至小鼠视网膜中，该研究首次实现了哺乳动物的裸眼近红外图像视觉能力。不过由于手术的创伤性，开发非侵入性的裸眼红外视觉技术对于人类而言仍然意义重大。
在刚刚上线的一篇《细胞》论文中，薛天/马玉乾团队，中国科学技术大学工程科学学院龚兴龙/王胜团队，复旦大学化学系张凡团队等合作，设计了一种可以将红外光转换为可见光的隐形眼镜，使人类获得红外视觉。值得一提的是，由于隐形眼镜是透明的，佩戴者可以同时看见红外光与可见光。而且当使用者闭上眼睛时，红外视觉会增强。研究团队表示，这项研究为非侵入式可穿戴设备开启了新的潜在应用，使其能够赋予人们超视距。
这项隐形眼镜技术利用纳米粒子吸收红外光，并将其转换为哺乳动物眼睛可见的波长。这些纳米粒子能够探测“近红外光”，即波长在800~1600纳米之间，略高于人类现有可见光范围的红外光。
▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）
在2019年研究的基础上，最新研究采用了一种侵入性较小的方法，将稀土金属纳米颗粒添加到聚合物基料混合物中，制成软性隐形眼镜。该策略的主要挑战在于，如何在隐形眼镜中填充足够多的纳米颗粒，既能将足够的红外光转化为可探测的可见光，同时又不改变隐形眼镜的透明度等光学特性。为此，研究人员对纳米颗粒的表面进行修饰，以提高其在高分子聚合材料中均匀分散性，同时筛选出与折射率匹配的高分子聚合材料。
▲隐形眼镜的制备流程（图片来源：参考资料[1]）
制成隐形眼镜后，研究团队首先进行了小鼠实验。佩戴隐形眼镜的小鼠表现出的行为表明，它们能够看到红外波长。例如，让小鼠在暗箱和红外照明箱之间做出选择时，佩戴隐形眼镜的小鼠会选择暗箱，而未佩戴隐形眼镜的小鼠则没有表现出任何偏好。小鼠还表现出红外视觉的生理信号：佩戴隐形眼镜的小鼠瞳孔在红外光照射下会收缩，脑成像显示红外光会导致它们的视觉处理中心亮起。
在接下来的人体实验中，佩戴隐形眼镜的参与者能够准确地感知类似摩尔斯电码的闪烁信号，并感知入射红外光的方向。实验还发现，当志愿者闭上眼睛时，他们能够更好地接收这种闪烁的信息，因为近红外光比可见光更有效地穿透眼睑。
▲实验中志愿者在佩戴隐形眼镜（图片来源：研究团队）
由于隐形眼镜靠近视网膜，导致转换后的光粒子发生散射，隐形眼镜捕捉精细细节的能力有限。为此，研究团队开发了一种采用相同纳米粒子技术的可穿戴眼镜系统。通过优化光学设计，对转换后的近红外空间信息进行成像处理，使志愿者能够获得空间分辨率与可见光视觉一样的近红外图像视觉。
研究团队的额外改进使用户能够通过设计纳米粒子来区分不同红外波长的颜色编码，从而区分不同光谱的红外光。例如，980纳米的红外波长被转换为蓝光，808纳米的波长转换为绿光，1532纳米被转换为红光。除了使佩戴者能够感知红外光谱中的更多细节外，这些颜色编码纳米粒子还可以进行修改，帮助色盲人士看到他们原本无法感知的波长。
▲使用者能够区分不同光谱的红外光（图片来源：参考资料[1]）
论文指出，这项研究使人类无需借助复杂的外部设备即可实现非侵入式、多维的近红外图像视觉。该技术具有广泛的实际应用前景，包括红外信息编码和传输、在能见度低的条件下增强视觉，以及集成到用于救援和应急的智能设备中。此外，通过非侵入方式灵活调节人体视觉波谱范围，也有望为色盲等视觉疾病的治疗提供新的解决方案。
参考资料：
[1] Ma et al., Near-infrared spatiotemporal color vision in humans enabled by upconversion contact lenses. Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.019
[2] Infrared contact lenses allow people to see in the dark, even with their eyes closed. Retrieved on May 22rd, from https://www.eurekalert.org/news-releases/1084046
[3] 中国科大突破人类视觉极限，通过隐形眼镜方式实现人类近红外色彩图像视觉. Retrieved on May 22rd, from https://mp.weixin.qq.com/s/x4uRjW-tq4lQsLaaHSLuUg
来源：营养和医学