在科研领域的一次重大突破中，中国科学技术大学生命科学与医学部、合肥微尺度物质科学国家研究中心以及复旦大学的多个研究团队携手国际科研机构，成功通过一种创新的隐形眼镜技术，赋予了人类近红外时空色彩图像视觉能力。这项研究成果在国际权威学术期刊Cell上发表，并受到了Cell press的专题报道。
众所周知，人类眼睛所能感知的可见光仅占电磁波谱的一小部分，这是由于视网膜感光细胞中的感光蛋白特性所限。为了突破这一局限，薛天与马玉乾领导的研究团队早在2019年就曾在Cell上发表过相关论文，通过向动物视网膜中注射一种能将红外光转换为可见光的上转换纳米材料，首次实现了哺乳动物的裸眼近红外图像视觉。然而，这种方法在人体上的应用受到很大限制。
此次研究团队将目光转向了隐形眼镜这一日常生活中常见的物品。他们深知，要制备出适合人类视觉的近红外光上转换隐形眼镜，必须解决高效上转换能力和良好光学性能这两大难题。传统的纳米颗粒在高分子聚合材料中的融合会改变其光学性质，使得难以获得高浓度、高透明度的纳米复合物材料。为了解决这一问题，研究人员对上转换纳米颗粒进行了表面修饰，并筛选出了与纳米颗粒折射率匹配的高分子聚合材料。
经过不懈努力，他们成功制备出了高掺杂比例（7-9%）的近红外光上转换隐形眼镜，在大多数可见光波谱范围内表现出超过90%的透明度，这一性能远超国际上已报道的其他同类材料。佩戴这种隐形眼镜的小鼠和人类志愿者均获得了感知近红外光的能力，甚至能够分辨不同时间频率和不同方位的近红外光信息。
然而，研究团队并未止步于此。他们发现，仅利用隐形眼镜进行近红外空间信息识别时，人类志愿者仅能获得粗糙的近红外图像辨别能力。为了克服这一困难，他们开发了一种内置隐形眼镜的可穿戴式框架眼镜系统。通过优化光学设计，对隐形眼镜转换后的近红外空间信息进行成像处理，使得志愿者能够获得与可见光视觉一样空间分辨率的近红外图像视觉。
研究团队还进一步探索了色彩维度的视觉感知。他们使用三色正交上转换纳米颗粒取代了传统的纳米颗粒，可以将三种不同光谱的近红外光转换成红、绿、蓝三基色的可见光。通过佩戴由三色上转换纳米颗粒制备成的隐形眼镜，志愿者可以有效地识别三种波长的近红外光，感知多种近红外色彩。
这一创新技术不仅实现了人类近红外图像视觉能力的拓展，还能够使人类感知近红外光的时间、空间和色彩多维度信息。这一成果在医疗、信息处理及视觉辅助技术领域具有广泛的应用前景。更重要的是，通过非侵入方式灵活调节人体视觉波谱范围，有望为色盲等视觉疾病的治疗提供新的解决方案。
尽管这项技术目前仍处于原理验证阶段，且上转换效率还需红外光源的辅助照射，但研究团队对未来充满信心。他们相信，通过视觉生理学、材料科学与光学等多个学科的进一步紧密合作，这一技术有望实现更大的突破，为人类带来更加丰富的视觉体验。
