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5 月 24 日消息，在我们的视网膜上有一类“视锥细胞”，能对红、绿、蓝三原色特异性响应。三种细胞被激活的比例决定了人类所看见的颜色（自然界中的光包含各种不同频率的电磁波）。
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。
一直以来，人类可看见的光波长范围仅限于 400-700 纳米。若能感知更加广阔的“生物透明波段”近红外（700-2500 纳米）波段，将突破人类视觉的极限。
复旦大学昨日宣布，该校与中国科学技术大学等国内外科研机构合作，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。
这一最新研究成果于 5 月 22 日以《上转换隐形眼镜👓赋能人类近红外光视觉》为题发表在《细胞》（Cell）杂志上（ 附 DOI:）。
复旦大学介绍称，张凡教授近十年来带领课题组致力于近红外波段的生物医学研究。课题组研发了包括无机稀土纳米材料和有机荧光染料在内的多款近红外发光探针，并对近红外荧光成像设备进行系统性地优化和创新，发展了在小动物等生物活体中的动态多通道成像技术。
2022 年起，张凡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。双方团队各展所长，学习彼此学科理论，实现知识体系融合，助力合作推进。
利用稀土离子的上转换发光特性，可以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。
张凡团队合成的多色上转换发光纳米材料及其荧光光谱性质
如何将不可见的近红外光转变为人肉眼可见的光？这需要发挥稀土的优势。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。
利用多色上转换发光材料制作可穿戴的隐形眼镜👓
研究过程中，要在单个颗粒上集成多色功能，面临极大挑战。“单颗目标产物从设计到合成至少需一两个月，且需确保每一步零差错。”陈子晗说。为此，团队每日完成合成后，均需对光谱、电镜形貌及纳米结构等进行表征监测，全程动态跟踪稀土颗粒生长过程。团队对纳米颗粒进行表面改性，使其可分散在高分子聚合物溶液中，并最终制作成高度透明的隐形眼镜👓。
志愿者佩戴隐形眼镜👓后可识别各种组成的近红外“复色光”
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。
志愿者可识别由不同近红外光组成的图案
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。
