最新研究：稀土顆粒與隱形眼鏡相結合讓人類有了“紅外視覺”能力

　　中新網上海5月23日電 (陳靜 丁超逸)人類可看見的光波長范圍僅限于400納米-700納米，若能突破視覺極限，人類的感知將拓展到更廣闊的近紅外(700納米-2500納米)波段。

　　記者23日獲悉，復旦大學與中國科學技術大學等國內外科研機構合作開展研究，創新性地將一種含有多個熒光發射的稀土顆粒與隱形眼鏡相結合，通過可穿戴的形式使人類感知近紅外光的時間、空間和色彩多維度信息，更為色盲等視覺疾病的治療提供新的解決方案。相關研究成果發表在《細胞》(Cell)雜志上。

　　自然界中的光有各種不同頻率。當人眼捕獲到外界自然光后，可以激活視網膜上識別紅、綠、藍三原色的三種視錐細胞，并根據三種視錐細胞被激活的比例，向大腦發送外界的顏色信息。然而，相對于自然界廣闊的光學波段，人眼可感知的波長范圍僅有400納米-700納米，這意味著自然界中的大量潛在信息會被忽略。

　　據悉，稀土元素是指包括鈧(Sc)、釔(Y)和鑭系在內的17種元素。稀土元素具有非常優異的磁、光、電等性質。上轉換發光現象，是稀土材料最為重要的光學性質。人們通過使用長波長的近紅外光作為激發光源，使其發出短波長的可見區熒光。

　　據悉，復旦大學張凡教授團隊與中國科學技術大學薛天團隊合作，開展化學與生命科學的交叉融合，探索利用稀土離子的上轉換發光特性，從視覺感知角度賦予人類對紅外光的識別能力。通過精巧設計納米材料的核殼結構，團隊在單個顆粒上同時構建了三個不同的上轉換發光區域，由于不同發光區域之間用惰性的殼層阻隔，使得它們各自的能量傳遞和熒光發射過程彼此互不干擾，各自獨立。

　　課題組成員、化學系2019級直博生陳子晗介紹，稀土元素具有獨特光學性質，通過近紅外光激發，可以把不同顏色的光進行轉換。人體可以通過納米顆粒的熒光顏色，判斷外界的肉眼不可見的近紅外光波長，實現對近紅外“色彩”的識別。他們最終制作成高度透明的隱形眼鏡。志愿者佩戴隱形眼鏡后，通過納米材料發出紅、綠、藍等三種可見波段的熒光，分別感知三種不可見的近紅外光，也可以識別由不同波長近紅外光組成的“復色光”，以及多組由不同波長近紅外光組成的圖案內容。這表明，具有抗干擾、正交發光和多光譜轉換特性的多色稀土發光材料，可以有效地實現人類對近紅外圖像視覺。

　　研究實現了多個近紅外光視覺的概念驗證。未來，相關成果在醫療、信息處理及視覺輔助技術領域具有廣泛的應用前景，通過可穿戴、非侵入式的隱形眼鏡，可以靈活調節人體視覺的感知范圍，有望為色盲等視覺疾病的治療提供新的解決方案。