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近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授薛天和馬玉乾團(tuán)隊(duì)與該校教授龔興龍和王勝團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)教授張凡團(tuán)隊(duì)以及國(guó)際科研機(jī)構(gòu)研究人員，制備出高透明、高轉(zhuǎn)化效率的上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，能夠使人類獲得近紅外時(shí)空色彩圖像視覺能力。

自然界中，人類肉眼可感知的可見光僅占電磁波譜很小的一部分。前期研究中，薛天和馬玉乾團(tuán)隊(duì)與合作者，將可把近紅外光轉(zhuǎn)化為綠光的上轉(zhuǎn)換納米顆粒注射到動(dòng)物視網(wǎng)膜中，首次實(shí)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物的裸眼近紅外圖像視覺能力。但是，眼內(nèi)注射在人體應(yīng)用受限。如何通過非侵入性方式實(shí)現(xiàn)近紅外視覺，是該技術(shù)實(shí)用化的關(guān)鍵。

高分子聚合材料制備的軟性透明隱形眼鏡提供了可佩戴式解決方案。然而，制備近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡需要解決高效上轉(zhuǎn)換能力和良好光學(xué)性能兩個(gè)問題。為此，研究人員對(duì)上轉(zhuǎn)換納米顆粒進(jìn)行表面修飾，提高它們?cè)诟叻肿泳酆喜牧现械木鶆蚍稚⑿?，篩選出與上轉(zhuǎn)換納米顆粒折射率匹配的高分子聚合材料，制備出高摻雜比例（7%至9%）且高度透明的近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，佩戴這種隱形眼鏡的小鼠可以分辨不同時(shí)間頻率和不同方位的近紅外光信息。更重要的是，佩戴該隱形眼鏡的人類志愿者可以準(zhǔn)確識(shí)別通過近紅外光傳遞的更多信息。

進(jìn)一步，研究人員開發(fā)了內(nèi)置近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡的可穿戴式框架眼鏡系統(tǒng)，使人類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，精確識(shí)別復(fù)雜近紅外圖形。

除時(shí)間和空間信息外，視覺感知還可以在色彩維度上傳遞豐富信息?？蒲腥藛T利用三色正交上轉(zhuǎn)換納米顆粒取代傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，制備出三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，可以將三種不同光譜的近紅外光轉(zhuǎn)換成紅、綠、藍(lán)三基色的可見光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，佩戴三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，人類志愿者可有效識(shí)別三種波長(zhǎng)的近紅外光，感知多種近紅外色彩。這表明，三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡可以有效地讓人類獲得近紅外色彩圖像視覺的能力。

上述研究通過視覺生理與納米材料技術(shù)，制備出高透明、高轉(zhuǎn)化效率的上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，實(shí)現(xiàn)了無源、可穿戴的人類近紅外圖像視覺能力拓展，能夠使人類感知近紅外光的時(shí)間、空間和色彩多維度信息。未來，這一技術(shù)有望在醫(yī)療、信息處理及視覺輔助技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

5月22日，相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上，并被細(xì)胞出版社專題報(bào)道。

論文鏈接

電磁波和可見光波譜

各種圖形（不同反射波譜的反射鏡片模擬）通過tUCLs內(nèi)置的可穿戴式框架眼鏡系統(tǒng)在可見光和近紅外光照射下的色彩顯示

上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡使人類獲得近紅外時(shí)空色彩視覺能力