近日，一项突破性的科研成果揭示了人类视觉感知的新边界。科学家们在视网膜的视锥细胞机制基础上，探索出了让人类能够感知近红外光的可能性，这一发现有望为视觉疾病的治疗带来全新视角。
视网膜上的视锥细胞，长久以来一直是人类识别颜色的关键。它们对红、绿、蓝三原色具有特异性响应，通过激活比例的不同，将自然界中各种频率的电磁波转化为我们所见的颜色。然而，人类视觉的极限仅限于400-700纳米的光波长范围。
为了突破这一局限，复旦大学携手中国科学技术大学等国内外科研机构，成功研发出一种结合稀土颗粒的隐形眼镜。这种创新技术利用稀土离子的上转换发光特性，将不可见的近红外光（700-2500纳米）转换为肉眼可识别的信息。
复旦大学张凡教授领导的课题组，在过去十年中深入研究了近红外波段的生物医学应用。他们研发了多款近红外发光探针，并对成像设备进行了系统性优化，为动态多通道成像技术奠定了坚实基础。自2022年起，张凡团队与薛天团队合作，通过化学与生命科学的交叉融合，推动了这一领域的进一步发展。
团队巧妙设计了纳米材料的核壳结构，实现了单个颗粒上的多色上转换发光。这种设计不仅确保了不同发光区域之间的能量传递和荧光发射互不干扰，还使得人体能够通过纳米颗粒的荧光颜色，识别外界肉眼不可见的近红外光波长。
将不可见的近红外光转换为可见光的过程，离不开稀土元素的独特光学性质。通过近红外光激发，稀土元素能够将不同颜色的光进行转换。研究过程中，团队面临了极大挑战，需要确保每一步合成都准确无误。经过长时间的努力，他们成功合成了多色上转换发光纳米材料，并对其进行了表面改性，使其能够分散在高分子聚合物溶液中，最终制作成高度透明的隐形眼镜。
志愿者佩戴这种隐形眼镜后，能够识别由不同波长近红外光组成的“复色光”以及图案内容。通过纳米材料发出的红、绿、蓝等三种可见波段荧光，志愿者能够分别感知三种不可见的近红外光。这一发现表明，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，能够有效实现人类对近红外图像的视觉感知。
研究还实现了多个近红外光视觉的概念验证。这一成果在医疗、信息处理及视觉辅助技术领域具有广阔的应用前景。通过可穿戴、非侵入式的隐形眼镜，人们可以灵活调节视觉感知范围，为色盲等视觉疾病的治疗提供了新的解决方案。
