近日，一項突破性的科研成果揭示了人類視覺感知的新邊界。科學家們在視網膜的視錐細胞機制基礎上，探索出了讓人類能夠感知近紅外光的可能性，這一發現有望為視覺疾病的治療帶來全新視角。
視網膜上的視錐細胞，長久以來一直是人類識別顏色的關鍵。它們對紅、綠、藍三原色具有特異性響應，通過激活比例的不同，將自然界中各種頻率的電磁波轉化為我們所見的顏色。然而，人類視覺的極限僅限于400-700納米的光波長范圍。
為了突破這一局限，復旦大學攜手中國科學技術大學等國內外科研機構，成功研發出一種結合稀土顆粒的隱形眼鏡。這種創新技術利用稀土離子的上轉換發光特性，將不可見的近紅外光（700-2500納米）轉換為肉眼可識別的信息。
復旦大學張凡教授領導的課題組，在過去十年中深入研究了近紅外波段的生物醫學應用。他們研發了多款近紅外發光探針，并對成像設備進行了系統性優化，為動態多通道成像技術奠定了堅實基礎。自2022年起，張凡團隊與薛天團隊合作，通過化學與生命科學的交叉融合，推動了這一領域的進一步發展。
團隊巧妙設計了納米材料的核殼結構，實現了單個顆粒上的多色上轉換發光。這種設計不僅確保了不同發光區域之間的能量傳遞和熒光發射互不干擾，還使得人體能夠通過納米顆粒的熒光顏色，識別外界肉眼不可見的近紅外光波長。
將不可見的近紅外光轉換為可見光的過程，離不開稀土元素的獨特光學性質。通過近紅外光激發，稀土元素能夠將不同顏色的光進行轉換。研究過程中，團隊面臨了極大挑戰，需要確保每一步合成都準確無誤。經過長時間的努力，他們成功合成了多色上轉換發光納米材料，并對其進行了表面改性，使其能夠分散在高分子聚合物溶液中，最終制作成高度透明的隱形眼鏡。
志愿者佩戴這種隱形眼鏡后，能夠識別由不同波長近紅外光組成的“復色光”以及圖案內容。通過納米材料發出的紅、綠、藍等三種可見波段熒光，志愿者能夠分別感知三種不可見的近紅外光。這一發現表明，具有抗干擾、正交發光和多光譜轉換特性的多色稀土發光材料，能夠有效實現人類對近紅外圖像的視覺感知。
研究還實現了多個近紅外光視覺的概念驗證。這一成果在醫療、信息處理及視覺輔助技術領域具有廣闊的應用前景。通過可穿戴、非侵入式的隱形眼鏡，人們可以靈活調節視覺感知范圍，為色盲等視覺疾病的治療提供了新的解決方案。
