關注全球時事|洞察國際風雲
2025-03-18 17:24 星期二

红外隐形眼镜开启人类新“视”界

时间:2025-08-21 09:33 来源:快讯社

①图为上转换隐形眼镜。佩戴它后,人类有望突破视觉限制,“看见”蛇、萤火虫等动物眼中的世界。受访单位供图

②图为非洲树蛇。

③图为萤火虫。视觉中国供图

  当夕阳沉入地平线,世界在人类眼中渐次褪色。然而在蛇类的感知中,热辐射勾勒出猎物的清晰轮廓;在萤火虫的复眼里,花朵反射着人类不可见的紫外图案。在可见光谱之外,自然界始终上演着无声的光影戏剧,而人类却因视网膜的局限,成为这场盛宴的缺席者。

  如今,这一视觉局限迎来了突破的可能。

  日前,中国科学技术大学与复旦大学等国内外科研机构合作的研究成果,以《上转换隐形眼镜赋能人类近红外光视觉》为题发表于《细胞》。该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、空间和色彩等多维度信息,可为治疗色盲等视觉疾病提供新的解决方案。

  多数哺乳动物无法识别红外线

  光的本质是一段连续的电磁波谱,其波长差异决定了人类能否感知其存在。人类视网膜上有一类视锥细胞,能对红、绿、蓝三原色特异性响应。3种细胞被激活的比例,决定了人类所看见的颜色。一直以来,人类可看见的光波长范围仅限于400纳米(紫光)—700纳米(红光)。若能感知更加广阔的近红外波段(700纳米—2500纳米),将突破人类视觉的极限。

  “自然界中,人类肉眼可感知的可见光,仅占电磁波谱的很小一部分。由于红外光所携带的能量低于可见光,这一特性使其既无法激发人眼视网膜中的感光细胞,也难以被绝大多数哺乳动物的视觉系统直接感知。”中国科学技术大学教授薛天说。

  在自然界中,少数生物进化出了感知红外线的特殊能力。响尾蛇、蝮蛇等部分蛇类拥有专门的颊窝器官,能够探测温血动物散发的长波红外辐射。一些昆虫,如部分甲虫则能感知较近红外范围的光线。但这本质上是一种热感知,而非真正的“视觉成像”。然而,对于人类和小鼠等绝大多数哺乳动物而言,红外线始终是感官世界的盲区。

 特殊材料变不可见为可见

  如何突破哺乳动物视觉的天然壁垒?

  在前期研究中,薛天和中国科学技术大学特任教授马玉乾团队以及其他合作者将一种可以把近红外光转换为可见光的上转换纳米颗粒注射到动物视网膜中,首次实现了哺乳动物的裸眼近红外图像视觉能力。2019年,这项研究论文发表于《细胞》。但眼内注射在人体应用受限,如何通过非侵入性方式实现近红外视觉,是该技术实用化的关键挑战。

  “由高分子聚合材料制备的软性透明隐形眼镜提供了一个可佩戴式的解决方案。但制备近红外光上转换隐形眼镜有两个前提:高效上转换能力和良好光学性能。”薛天说。

  为此,研究人员对上转换纳米颗粒进行表面修饰,提高它们在高分子聚合材料中的均匀分散性,同时筛选出与上转换纳米颗粒折射率匹配的高分子聚合材料,制备出了上转换纳米颗粒掺杂比例高并且高度透明的近红外光上转换隐形眼镜。

  研究人员介绍,稀土元素具有独特光学性质,通过近红外光激发,可以转换不同颜色的光。人体可以通过稀土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。

  研究人员将含有这种高效上转换纳米颗粒的薄膜,精密地集成到常规的软性隐形眼镜基质中,确保其高度透明且佩戴舒适。当佩戴此眼镜时,外界的红外光穿过镜片,被纳米晶体捕获并实时转换为可见光。这些新生的可见光子随即进入人眼,被视网膜上的感光细胞正常接收和处理。大脑视觉皮层最终解读这些信号,使佩戴者“看见”了原本不可见的红外世界。

  在实验验证时,佩戴这种隐形眼镜的小鼠可以分辨不同时间频率和不同方位的近红外光信息。值得一提的是,佩戴该隐形眼镜的人类志愿者不仅可以看到一定光强范围的近红外光,还可以准确识别近红外光的时间编码信息。

  除此之外,研究人员还开发了一种内置近红外光上转换隐形眼镜的可穿戴式框架眼镜系统,使人类志愿者能够获得与可见光视觉空间分辨率一样的近红外图像视觉,精确识别复杂近红外图形。

  除了时间和空间信息外,视觉感知还可以在色彩维度上传递丰富的信息。研究人员用三色正交上转换纳米颗粒取代了传统的上转换纳米颗粒,制备出三色上转换隐形眼镜,可以将三种不同光谱的近红外光转换成红、绿、蓝三基色的可见光。实验结果显示,通过佩戴三色上转换隐形眼镜,人类志愿者可以有效识别三种波长的近红外光,感知多种近红外色彩。这表明三色上转换隐形眼镜可以有效地实现人类近红外色彩图像视觉。

  “这项技术仍然有进一步提升的空间,例如,目前该隐形眼镜上转换效率较低,仍然需要红外光源辅助照射才能使人类志愿者识别近红外光;另外,上转换隐形眼镜中的纳米颗粒如能实现发射光的定向输出,就可能不依赖于镜框光学系统,直接实现隐形眼镜介导的精细近红外图形视觉。这些都有赖于视觉生理学、材料科学和光学的跨学科合作。”薛天说。

  为视觉修复开辟新方向

  这项突破性技术带来的远非实验室中的新奇体验,其应用前景广阔而深远。比如,相较于笨重、耗电、视野受限且仅提供单色图像的传统红外夜视仪,这种隐形眼镜方案将为安保人员在完全黑暗或烟雾中行动、救援队员搜寻热源、工程师进行设备热检,甚至普通消费者在夜间活动等提供了前所未有的非侵入式“超级视觉”工具。

  该技术在信息传输领域也展现出潜力:可利用人眼不可见但眼镜可转换的特定红外光源,设计出高度隐蔽的通信或加密系统。例如,于特定位置闪烁的红外信号可在人群中向特定佩戴者传递秘密指令;产品上的红外防伪标记只有在佩戴此眼镜时才能显现,大大提升防伪可靠性;博物馆或机密区域可使用红外光束划定无形警戒线,佩戴此眼镜时即可看见警戒线。

  更重要的是,该技术还将为视觉修复与增强带来新曙光。全球约每12名男性与200名女性中即有1人存在色觉缺陷,且多为红绿色盲。其根源在于视网膜中负责感知红或绿特定波长的视锥细胞缺失或功能异常。

  对于色盲、色弱等色觉异常人群,这项技术提供了极具想象力的干预方向,可通过光谱的“重新编码”,帮助他们突破自然的视觉局限,感知更丰富的色彩信息。

  纳米晶体在隐形眼镜上的无声闪烁,是科学智慧对自然感官界限的一次温柔重构。当红外光谱在人类视网膜上投下第一缕可见的辉光,人们得以窥见超越百万年进化设定的另一种可能。科学赋予我们的,不仅是工具,更是理解广袤宇宙的新感官与新语言。


外交部:将本着科学原则研究日方关于恢复水产品输华请求
外交部:坚决反对美国向中国台湾地区出售武器
测试视频
综合看点 查看更多>>
沙特举行多国部长级磋商会议
既要又要还要,特朗普陷入“不可能三角”
靠不住的美军,拉仇恨的基地——中东危机对美国亚洲盟友的启示
欧盟外长:中东战事“不是欧洲的战争”
被“点名”参与护航霍尔木兹海峡 韩国要先“研究研究”
纵横天下 查看更多>>
世贸组织:中东冲突增加2026年全球贸易风险
沙特首都利雅得遭弹道导弹袭击
伊朗证实最高国家安全委员会秘书拉里贾尼遇害
中美在法国巴黎举行经贸磋商
伊朗伊斯兰革命卫队称将“追杀”以总理内塔尼亚胡
拉法口岸自美以军事打击伊朗以来首次恢复双向通行
在加油站听美国人算经济账
特朗普对北约“感到失望”
美国为何要组建“霍尔木兹联盟”
越南举行第十六届国会代表选举
日本逾万民众东京集会抗议高市政府危险政策动向
记者观察:核心分歧难解 巴阿冲突或持续
特朗普再抱怨英国“放马后炮”
海湾石油运输能绕开霍尔木兹海峡吗
日本政府16日起释放石油储备 规模约8000万桶
海南自贸港发布第22批7项制度集成创新案例
习近平会见土库曼斯坦民族领袖、人民委员会主席别尔德穆哈梅多夫
外交部:中美双方就特朗普总统访华时间等问题保持着沟通
中越举行外交、国防、公安“3+3”战略对话机制首次部长级会议
中美经贸磋商在法国巴黎开始举行
池州长江公铁大桥北主塔封顶
探访石家庄国际陆港:物流通达效率提升 企业“走出去”信心足
照亮人类共同未来——全球文明倡议的世界共鸣
何以铸就欣欣向荣的中国——2026年全国两会世界观察
我国成功发射试验三十号卫星03、04星
澳门特区立法会通过《澳门特别行政区维护国家安全委员会》法案
特写:澳门中学生从江实践的青春思考
逾790家展商云集香港国际影视展
香港故事丨百年警署按下“播放键”
台湾省籍代表委员:深化两岸融合发展 携手推进祖国统一大业
不负春光“体检”忙 “西电东送”特高压通道启动全面检修
为星空“关灯” “靠光”谋转型——解码一个西北小镇的取舍之道
2025年全国消协组织为消费者挽回经济损失9.25亿元
沪宁合高铁201.5米转体梁成功转体跨越京沪高铁
海南2025年绿电交易首破百亿千瓦时
美法院驳回特朗普政府有关推迟启动退还关税程序请求
AI漫画:司法裁决拦不住美加税野心?
最高法:规范涉企执法司法专项行动期间纠正小过重罚、过罚失当等问题367个
春运期间寄递服务保障工作方案发布 切实保障快递员休息休假等合法权利
最高检发布典型案例 涉停车扫码、人脸识别等场景个人信息保护
西藏山南:生态优势+技术创新 带动农民持续增收
浙江武义:中国有机茶之乡春茶全面开采
中国乡村“颜值”更高“气质”更佳
从“边陲山货”到“全球商品”,深山小玉米借“链”挺进大市场
人勤春早 不负春光——立春时节农耕一线见闻
救护车到底该不该抬人? ——从阳泉事件谈院前急救的一个制度盲区
《关于医保支持基层医疗卫生服务发展的指导意见》政策解读
国家医保局:去年共追回医保基金342亿元,抓获10357人
雷海潮出席全国人大记者会,回应卫生健康热点问题
2026年全国卫生健康法治工作会议在京召开
前沿科技 查看更多>>
卫星互联网拓展增长新空间
打造全球科技交流合作盛会——2026中关村论坛年会看点前瞻
布局脑机接口,加速未来产业落地生花
未来五年 我国前沿科技攻关向“深”而行
硅藻微米机器人精准“狙击”脑胶质瘤
健康生活 查看更多>>
中国具身智能迈向“真人级”应用
人工智能重塑短视频内容生态
796款生成式人工智能服务完成备案
抢抓人工智能发展战略机遇期,携手构建网络空间命运共同体
前两个月我国科技创新保持良好发展势头
实用技术 查看更多>>
新技术让锂电池耐低温性能大幅提升
新型脑机接口可作意念打字“键盘”
AI被“投毒”,如何避免上当受骗
风口之上:“养龙虾”的热闹与隐忧
全固态电池产业化还需3—5年
科普博览 查看更多>>
九部门:应用人工智能降低工伤事故发生率
江苏靖江:“人工智能+”激活制造业新动能
车企为何扎堆进军人形机器人?
第一批国家新兴产业发展示范基地创建遴选工作启动
AI智能体加速落地 距离“放心放手”还有多远?
上海交响乐团新西兰演出受到热烈欢迎
中国西南地区青铜文明展在西班牙开幕
陕西蒋刘遗址发现西周时期遗存
6000年前“制造业”雏形 无锡斗山遗址出土石纺轮作坊
2026全国鼓王大会在石家庄正定古城举办
“春季促就业攻坚行动”开展 各高校将提供超1200万个岗位信息
青海:启动学生体质强健计划三年行动
北大公布2026年研招分数线
以心育人,护航成长:筑牢学生心理健康防线
云南举行医药类高校毕业生招聘会
丁浩再胜范廷钰 豪取围棋国手赛三连冠
张子宇将参加WCBA全明星周末星锐赛
女篮主帅宫鲁鸣:资格赛是历练 盼与更多强队交手
F1中国大奖赛:梅赛德斯包揽冠亚军 安东内利获正赛首冠
蔡佳云、王蒙担任米兰冬残奥会闭幕式中国代表团旗手
遇见张家湾,遇见好时光
甘肃宕昌:官鹅沟春雪美如画
浙江宁波:家门口的水上运动公开课
第二艘国产大型邮轮计划3月20日出坞
中国光谷:“科创高地”奋力打造“旅游胜地”