中国科学家研发近红外上转换隐形眼镜，实现人类近红外视觉的突破

中国科学技术大学的研究团队近日在国际学术期刊《Cell》上发表了一项重磅成果，他们成功研发了一种近红外上转换隐形眼镜（Upconversion Contact Lenses, UCLs），这一创新技术有望实现人类对近红外光的感知，突破了人体视觉的传统界限。该项研究的主要负责人包括薛天、马玉乾、龚兴龙、王胜和复旦大学的张凡教授，他们的共同努力使这一成果的发表成为现实，并被Cell Press进行了专题报道。

人类的视觉范围仅限于光波段，而光仅占整个电磁波谱的极小部分。人眼所感知的光谱范围的局限性使我们无法直接读取红外线信息。为了解决这一问题，科学家们一直在探索如何扩展人类的视觉能力。例如，传统的夜视仪虽然能够帮助人类在夜晚或低光条件下感知周围环境，但其使用场景和便携性受限。

早在2019年，薛天和马玉乾研究团队便首次实现了通过上转换纳米材料使哺乳动物获得近红外视觉的能力。该研究的重大限制在于采用了侵入性的眼内注射方式，并未实现对人眼感光波谱的非侵入性、灵活调节。因此，如何将这一技术应用于人类视觉的实现便成为了科学家们面临的挑战。

本次研究通过创新的材料设计和技术手段，成功将上转换纳米颗粒融入透明高分子聚合材料中，制备出具有优异光学性能和生物兼容性的近红外上转换隐形眼镜。研究人员采用了一种在提高光学性能的同时，确保软性透明隐形眼镜舒适性和便携性的解决方案。值得注意的是，他们在高分子材料的选择中，强调了与上转换纳米颗粒折射率的匹配，以保持高透明度并提高纳米颗粒的分散性，显著提高了上转换效率。

这种近红外上转换隐形眼镜在小鼠实验中展现出卓越的效果。佩戴了UCLs的小鼠不仅能感知近红外光，还能分辨不同频率和方向的红外信号。这一成果进一步验证了上转换隐形眼镜在视觉感知方面的潜力。通过改良光学设计和成像处理，研究团队使人类志愿者在仅借助UCLs的情况下实现了对近红外图像的高分辨率识别，打破了早期仅能感知粗糙图像的局限。

为了增强在复杂环境中对多光谱信息的处理能力，研究团队还引入了三色正交上转换纳米颗粒（trichromatic UCNPs），具备将不同波长的近红外光转换为红、绿、蓝三种基色的特性。这一创新不仅提高了近红外光的识别效率，也使得志愿者能够通过tUCLs准确分辨丰富的近红外色彩信息，从而实现了多维度的视觉感知。

这项研究的成功标志着人类视觉技术上交的一个里程碑，为近红外光的应用开启了新的可能性。除了传统的夜视和安全监控等领域，这种隐形眼镜在医疗、信息处理和视觉辅助技术方面都有广泛的应用前景。更重要的是，该技术为色盲患者等视觉障碍的治疗提供了全新的方向，可能有助于改善他们的日常视觉体验。

研究团队也指出，尽管这项技术已实现了重要突破，但仍有多种优化方向需要深入探讨。目前的上转换效率依赖于额外的红外光源的照射，在未来的研究中，实现定向光输出、提高上转换效率是重要目标。如何将视觉生理学、材料科学与光学相结合进行进一步多学科合作，也是推动这项技术产品化的关键。

中国科学家在隐形眼镜领域的这一里程碑式进展，给我们展现了未来视觉科技可能的多样化发展道路。随着研究的深入和技术的成熟，我们期待能够基于这一突破性成果，真正实现人类视觉的全面跃升，让我们的视野更加广阔。