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戴上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡實現(xiàn)人類近紅外時空色彩視覺。
近日，中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會聯(lián)合體正式公布了2025年度“中國生命科學(xué)十大進展”評選結(jié)果。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛天、馬玉乾團隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)龔興龍團隊和復(fù)旦大學(xué)張凡團隊合作，創(chuàng)新性地將可轉(zhuǎn)換紅外光至可見光的納米材料與隱形眼鏡聚合物結(jié)合，完成的“隱形眼鏡實現(xiàn)人類近紅外時空色彩視覺”項目入選。
這一技術(shù)突破了人眼可見光譜的固有限制，使人類能夠通過可穿戴隱形眼鏡感知近紅外光的時間、空間和色彩信息。
人眼視覺受限于視網(wǎng)膜感光蛋白的物理化學(xué)特性，只能感知可見光波段。傳統(tǒng)方案依賴夜視儀或動物體內(nèi)注射納米材料來實現(xiàn)紅外視覺，存在侵入性和操作受限問題。中國科大團隊創(chuàng)新性地將可轉(zhuǎn)換紅外光至可見光的納米材料與高分子隱形眼鏡材料融合，制備出高透明度、高上轉(zhuǎn)換效率的隱形眼鏡。
研究團隊通過表面修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNPs）并匹配折射率的高分子材料，實現(xiàn)高摻雜比例（7%-9%）的隱形眼鏡，在大多數(shù)可見光波段透明度超過90%，顯著優(yōu)于國際現(xiàn)有材料。佩戴UCLs的小鼠和人類志愿者均能夠感知近紅外光的時間編碼和空間方向信息，實現(xiàn)非侵入式、多維度近紅外感知。
為提高空間分辨率，科研人員開發(fā)了可穿戴框架眼鏡系統(tǒng)，將UCLs轉(zhuǎn)換后的散射紅外信息進行光學(xué)處理，使志愿者能夠獲得與可見光視覺相當(dāng)?shù)慕t外空間圖像識別能力。
除了時間和空間信息外，紅外光的色彩維度也被納入研究。科研團隊通過三色正交UCNPs（trichromatic UCNPs）制備的三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡（tUCLs），可將三種不同波長的近紅外光轉(zhuǎn)換為三基色可見光。佩戴tUCLs的志愿者可以有效區(qū)分多種紅外波長，并感知多紅外色彩組合信息，實現(xiàn)近紅外色彩圖像識別。
這一技術(shù)為醫(yī)療、信息處理及視覺輔助技術(shù)提供潛在應(yīng)用途徑，也可能為色盲等視覺障礙提供新的輔助治療方案。科研團隊指出，目前上轉(zhuǎn)換效率仍依賴紅外光源輔助照射，未來如能實現(xiàn)發(fā)射光定向輸出，有望直接通過隱形眼鏡獲得精細近紅外圖形視覺，無需外部光學(xué)系統(tǒng)。
該研究成果于2025年5月22日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Cell上，Nature報道該成果“為理解我們周圍的世界提供了新的可能性”。
據(jù)了解，本年度入選的“中國生命科學(xué)十大進展”涵蓋基礎(chǔ)生命科學(xué)、生物技術(shù)和臨床醫(yī)學(xué)等多個前沿領(lǐng)域。入選項目均面向生命科學(xué)前沿，聚焦人民健康和行業(yè)熱點難題。
