在科研領域的一次重大突破中，中國科學技術大學生命科學與醫學部、合肥微尺度物質科學國家研究中心以及復旦大學的多個研究團隊攜手國際科研機構，成功通過一種創新的隱形眼鏡技術，賦予了人類近紅外時空色彩圖像視覺能力。這項研究成果在國際權威學術期刊Cell上發表，并受到了Cell press的專題報道。
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，這是由于視網膜感光細胞中的感光蛋白特性所限。為了突破這一局限，薛天與馬玉乾領導的研究團隊早在2019年就曾在Cell上發表過相關論文，通過向動物視網膜中注射一種能將紅外光轉換為可見光的上轉換納米材料，首次實現了哺乳動物的裸眼近紅外圖像視覺。然而，這種方法在人體上的應用受到很大限制。
此次研究團隊將目光轉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換隱形眼鏡，必須解決高效上轉換能力和良好光學性能這兩大難題。傳統的納米顆粒在高分子聚合材料中的融合會改變其光學性質，使得難以獲得高濃度、高透明度的納米復合物材料。為了解決這一問題，研究人員對上轉換納米顆粒進行了表面修飾，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%）的近紅外光上轉換隱形眼鏡，在大多數可見光波譜范圍內表現出超過90%的透明度，這一性能遠超國際上已報道的其他同類材料。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間頻率和不同方位的近紅外光信息。
然而，研究團隊并未止步于此。他們發現，僅利用隱形眼鏡進行近紅外空間信息識別時，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，他們開發了一種內置隱形眼鏡的可穿戴式框架眼鏡系統。通過優化光學設計，對隱形眼鏡轉換后的近紅外空間信息進行成像處理，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。
研究團隊還進一步探索了色彩維度的視覺感知。他們使用三色正交上轉換納米顆粒取代了傳統的納米顆粒，可以將三種不同光譜的近紅外光轉換成紅、綠、藍三基色的可見光。通過佩戴由三色上轉換納米顆粒制備成的隱形眼鏡，志愿者可以有效地識別三種波長的近紅外光，感知多種近紅外色彩。
這一創新技術不僅實現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間、空間和色彩多維度信息。這一成果在醫療、信息處理及視覺輔助技術領域具有廣泛的應用前景。更重要的是，通過非侵入方式靈活調節人體視覺波譜范圍，有望為色盲等視覺疾病的治療提供新的解決方案。
盡管這項技術目前仍處于原理驗證階段，且上轉換效率還需紅外光源的輔助照射，但研究團隊對未來充滿信心。他們相信，通過視覺生理學、材料科學與光學等多個學科的進一步緊密合作，這一技術有望實現更大的突破，為人類帶來更加豐富的視覺體驗。
