中國科學技術大學研究團隊聯合復旦大學和國際科研機構的研究人員，製備出高透明、高轉化效率的上轉換隱形眼鏡，能使人類獲得近紅外時空色彩圖像視覺能力。相關研究成果5月22日線上發表於《細胞》。

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，研究人員將一種可以把近紅外光轉換為可見光的上轉換納米顆粒注射到動物視網膜中，首次使哺乳動物具備裸眼近紅外圖像視覺能力。但眼內注射在人體應用方面受限。因此，如何通過非侵入性方式實現近紅外視覺，成為該技術實用化面臨的關鍵挑戰。

高分子聚合材料製備的軟性透明隱形眼鏡提供了一個可佩戴式的解決方案。但製備近紅外光上轉換隱形眼鏡要解決兩個問題，即如何實現高效上轉換能力和良好光學性能。為此，研究人員對上轉換納米顆粒進行表面修飾，提高它們在高分子聚合材料中的均勻分散性，同時篩選出與上轉換納米顆粒折射率匹配的高分子聚合材料，製備出高摻雜比例並且高度透明的近紅外光上轉換隱形眼鏡。

上轉換隱形眼鏡。研究團隊供圖

實驗結果表明，佩戴這種隱形眼鏡的小鼠可以分辨不同時間頻率和不同方位的近紅外光資訊。人類志願者佩戴隱形眼鏡後，不僅可以看到一定光強範圍的近紅外光，還可以準確識別近紅外光的時間編碼資訊。

此外，研究人員還開發了一種內置近紅外光上轉換隱形眼鏡的可穿戴式框架眼鏡系統，使人類志願者能夠獲得與可見光視覺一樣的空間解析度的近紅外圖像視覺，精確識別複雜近紅外圖形。

除時間和空間資訊外，視覺感知還可以在色彩維度上傳遞豐富的資訊。研究人員用三色正交上轉換納米顆粒取代傳統的上轉換納米顆粒，製備出三色上轉換隱形眼鏡。實驗結果證明，佩戴三色上轉換隱形眼鏡的人類志願者可以有效識別三種波長的近紅外光，感知多種近紅外色彩。這表明三色上轉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。

研究人員介紹，這項技術還有提升空間，例如目前的上轉換效率仍需紅外光源的輔助照射。此外，上轉換隱形眼鏡如能實現發射光的定向輸出，就可能不依賴於鏡框光學系統，直接實現隱形眼鏡介導的精細近紅外圖形視覺。這些都有賴於視覺生理學、材料科學和光學的跨學科合作。未來，該技術在醫療、資訊處理及視覺輔助技術領域具有廣闊應用前景。

來源：中國科技日報