近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)部薛天、馬玉乾團(tuán)隊與國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)合作，制備出高透明、高轉(zhuǎn)化效率的上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，可實現(xiàn)人類近紅外時空色彩圖像視覺能力。相關(guān)研究成果5月22日在線發(fā)表在國際期刊《細(xì)胞》上。

人類肉眼可感知的可見光僅占電磁波譜很小的一部分。此前，研究團(tuán)隊與合作者將一種可以把近紅外光轉(zhuǎn)換為可見光的上轉(zhuǎn)換納米顆粒注射到動物視網(wǎng)膜中，首次實現(xiàn)哺乳動物的裸眼近紅外圖像視覺能力，研究成果于2019年發(fā)表在《細(xì)胞》。但該研究的眼內(nèi)注射在人體應(yīng)用中受限，如何通過非侵入性方式實現(xiàn)近紅外視覺，是該技術(shù)實用化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

高分子聚合材料制備的軟性透明隱形眼鏡提供了一個可佩戴式解決方案。為此，研究人員對上轉(zhuǎn)換納米顆粒進(jìn)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(zhuǎn)換納米顆粒折射率匹配的高分子聚合材料，制備出了高摻雜比例并且高度透明的近紅外光上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡。

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上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡實現(xiàn)人類近紅外時空色彩視覺

經(jīng)過實驗驗證，佩戴該隱形眼鏡的人類志愿者不僅可以看到一定光強(qiáng)范圍的近紅外光，還可以準(zhǔn)確識別近紅外光的時間編碼信息。此外，研究人員還開發(fā)了一種內(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，精確識別復(fù)雜近紅外圖形。

研究人員用三色正交上轉(zhuǎn)換納米顆粒取代了傳統(tǒng)的上轉(zhuǎn)換納米顆粒，制備出了三色上轉(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。實驗證明，通過佩戴三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡，人類志愿者可有效識別三種波長的近紅外光，感知多種近紅外色彩。

研究人員表示，該技術(shù)在醫(yī)療、信息處理及視覺輔助技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。