近日，一項(xiàng)突破性的科研成果揭示了人類視覺感知的新邊界?？茖W(xué)家們?cè)谝暰W(wǎng)膜的視錐細(xì)胞機(jī)制基礎(chǔ)上，探索出了讓人類能夠感知近紅外光的可能性，這一發(fā)現(xiàn)有望為視覺疾病的治療帶來全新視角。

視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞，長(zhǎng)久以來一直是人類識(shí)別顏色的關(guān)鍵。它們對(duì)紅、綠、藍(lán)三原色具有特異性響應(yīng)，通過激活比例的不同，將自然界中各種頻率的電磁波轉(zhuǎn)化為我們所見的顏色。然而，人類視覺的極限僅限于400-700納米的光波長(zhǎng)范圍。

為了突破這一局限，復(fù)旦大學(xué)攜手中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)，成功研發(fā)出一種結(jié)合稀土顆粒的隱形眼鏡。這種創(chuàng)新技術(shù)利用稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，將不可見的近紅外光（700-2500納米）轉(zhuǎn)換為肉眼可識(shí)別的信息。

復(fù)旦大學(xué)張凡教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，在過去十年中深入研究了近紅外波段的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。他們研發(fā)了多款近紅外發(fā)光探針，并對(duì)成像設(shè)備進(jìn)行了系統(tǒng)性優(yōu)化，為動(dòng)態(tài)多通道成像技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。自2022年起，張凡團(tuán)隊(duì)與薛天團(tuán)隊(duì)合作，通過化學(xué)與生命科學(xué)的交叉融合，推動(dòng)了這一領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

團(tuán)隊(duì)巧妙設(shè)計(jì)了納米材料的核殼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)顆粒上的多色上轉(zhuǎn)換發(fā)光。這種設(shè)計(jì)不僅確保了不同發(fā)光區(qū)域之間的能量傳遞和熒光發(fā)射互不干擾，還使得人體能夠通過納米顆粒的熒光顏色，識(shí)別外界肉眼不可見的近紅外光波長(zhǎng)。

將不可見的近紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的過程，離不開稀土元素的獨(dú)特光學(xué)性質(zhì)。通過近紅外光激發(fā)，稀土元素能夠?qū)⒉煌伾墓膺M(jìn)行轉(zhuǎn)換。研究過程中，團(tuán)隊(duì)面臨了極大挑戰(zhàn)，需要確保每一步合成都準(zhǔn)確無誤。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的努力，他們成功合成了多色上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料，并對(duì)其進(jìn)行了表面改性，使其能夠分散在高分子聚合物溶液中，最終制作成高度透明的隱形眼鏡。

志愿者佩戴這種隱形眼鏡后，能夠識(shí)別由不同波長(zhǎng)近紅外光組成的“復(fù)色光”以及圖案內(nèi)容。通過納米材料發(fā)出的紅、綠、藍(lán)等三種可見波段熒光，志愿者能夠分別感知三種不可見的近紅外光。這一發(fā)現(xiàn)表明，具有抗干擾、正交發(fā)光和多光譜轉(zhuǎn)換特性的多色稀土發(fā)光材料，能夠有效實(shí)現(xiàn)人類對(duì)近紅外圖像的視覺感知。

研究還實(shí)現(xiàn)了多個(gè)近紅外光視覺的概念驗(yàn)證。這一成果在醫(yī)療、信息處理及視覺輔助技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過可穿戴、非侵入式的隱形眼鏡，人們可以靈活調(diào)節(jié)視覺感知范圍，為色盲等視覺疾病的治療提供了新的解決方案。