最新研究：稀土顆粒與隱形眼鏡相結(jié)合讓人類有了“紅外視覺”能力

　　中新網(wǎng)上海5月23日電 (陳靜 丁超逸)人類可看見的光波長范圍僅限于400納米-700納米，若能突破視覺極限，人類的感知將拓展到更廣闊的近紅外(700納米-2500納米)波段。

　　記者23日獲悉，復(fù)旦大學(xué)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等國內(nèi)外科研機構(gòu)合作開展研究，創(chuàng)新性地將一種含有多個熒光發(fā)射的稀土顆粒與隱形眼鏡相結(jié)合，通過可穿戴的形式使人類感知近紅外光的時間、空間和色彩多維度信息，更為色盲等視覺疾病的治療提供新的解決方案。相關(guān)研究成果發(fā)表在《細胞》(Cell)雜志上。

　　自然界中的光有各種不同頻率。當人眼捕獲到外界自然光后，可以激活視網(wǎng)膜上識別紅、綠、藍三原色的三種視錐細胞，并根據(jù)三種視錐細胞被激活的比例，向大腦發(fā)送外界的顏色信息。然而，相對于自然界廣闊的光學(xué)波段，人眼可感知的波長范圍僅有400納米-700納米，這意味著自然界中的大量潛在信息會被忽略。

　　據(jù)悉，稀土元素是指包括鈧(Sc)、釔(Y)和鑭系在內(nèi)的17種元素。稀土元素具有非常優(yōu)異的磁、光、電等性質(zhì)。上轉(zhuǎn)換發(fā)光現(xiàn)象，是稀土材料最為重要的光學(xué)性質(zhì)。人們通過使用長波長的近紅外光作為激發(fā)光源，使其發(fā)出短波長的可見區(qū)熒光。

　　據(jù)悉，復(fù)旦大學(xué)張凡教授團隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛天團隊合作，開展化學(xué)與生命科學(xué)的交叉融合，探索利用稀土離子的上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性，從視覺感知角度賦予人類對紅外光的識別能力。通過精巧設(shè)計納米材料的核殼結(jié)構(gòu)，團隊在單個顆粒上同時構(gòu)建了三個不同的上轉(zhuǎn)換發(fā)光區(qū)域，由于不同發(fā)光區(qū)域之間用惰性的殼層阻隔，使得它們各自的能量傳遞和熒光發(fā)射過程彼此互不干擾，各自獨立。

　　課題組成員、化學(xué)系2019級直博生陳子晗介紹，稀土元素具有獨特光學(xué)性質(zhì)，通過近紅外光激發(fā)，可以把不同顏色的光進行轉(zhuǎn)換。人體可以通過納米顆粒的熒光顏色，判斷外界的肉眼不可見的近紅外光波長，實現(xiàn)對近紅外“色彩”的識別。他們最終制作成高度透明的隱形眼鏡。志愿者佩戴隱形眼鏡后，通過納米材料發(fā)出紅、綠、藍等三種可見波段的熒光，分別感知三種不可見的近紅外光，也可以識別由不同波長近紅外光組成的“復(fù)色光”，以及多組由不同波長近紅外光組成的圖案內(nèi)容。這表明，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，可以有效地實現(xiàn)人類對近紅外圖像視覺。

　　研究實現(xiàn)了多個近紅外光視覺的概念驗證。未來，相關(guān)成果在醫(yī)療、信息處理及視覺輔助技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，通過可穿戴、非侵入式的隱形眼鏡，可以靈活調(diào)節(jié)人體視覺的感知范圍，有望為色盲等視覺疾病的治療提供新的解決方案。