最新研究：稀土颗粒与隐形眼镜相结合让人类有了“红外视觉”能力

中新网上海5月23日电 (陈静 丁超逸)人类可看见的光波长范围仅限于400纳米-700纳米，若能突破视觉极限，人类的感知将拓展到更广阔的近红外(700纳米-2500纳米)波段。

记者23日获悉，复旦大学与中国科学技术大学等国内外科研机构合作开展研究，创新性地将一种含有多个荧光发射的稀土颗粒与隐形眼镜相结合，通过可穿戴的形式使人类感知近红外光的时间、空间和色彩多维度信息，更为色盲等视觉疾病的治疗提供新的解决方案。相关研究成果发表在《细胞》(Cell)杂志上。

自然界中的光有各种不同频率。当人眼捕获到外界自然光后，可以激活视网膜上识别红、绿、蓝三原色的三种视锥细胞，并根据三种视锥细胞被激活的比例，向大脑发送外界的颜色信息。然而，相对于自然界广阔的光学波段，人眼可感知的波长范围仅有400纳米-700纳米，这意味着自然界中的大量潜在信息会被忽略。

据悉，稀土元素是指包括钪(Sc)、钇(Y)和镧系在内的17种元素。稀土元素具有非常优异的磁、光、电等性质。上转换发光现象，是稀土材料最为重要的光学性质。人们通过使用长波长的近红外光作为激发光源，使其发出短波长的可见区荧光。

据悉，复旦大学张凡教授团队与中国科学技术大学薛天团队合作，开展化学与生命科学的交叉融合，探索利用稀土离子的上转换发光特性，从视觉感知角度赋予人类对红外光的识别能力。通过精巧设计纳米材料的核壳结构，团队在单个颗粒上同时构建了三个不同的上转换发光区域，由于不同发光区域之间用惰性的壳层阻隔，使得它们各自的能量传递和荧光发射过程彼此互不干扰，各自独立。

课题组成员、化学系2019级直博生陈子晗介绍，稀土元素具有独特光学性质，通过近红外光激发，可以把不同颜色的光进行转换。人体可以通过纳米颗粒的荧光颜色，判断外界的肉眼不可见的近红外光波长，实现对近红外“色彩”的识别。他们最终制作成高度透明的隐形眼镜。志愿者佩戴隐形眼镜后，通过纳米材料发出红、绿、蓝等三种可见波段的荧光，分别感知三种不可见的近红外光，也可以识别由不同波长近红外光组成的“复色光”，以及多组由不同波长近红外光组成的图案内容。这表明，具有抗干扰、正交发光和多光谱转换特性的多色稀土发光材料，可以有效地实现人类对近红外图像视觉。

研究实现了多个近红外光视觉的概念验证。未来，相关成果在医疗、信息处理及视觉辅助技术领域具有广泛的应用前景，通过可穿戴、非侵入式的隐形眼镜，可以灵活调节人体视觉的感知范围，有望为色盲等视觉疾病的治疗提供新的解决方案。(完)