中国研究团队解锁红外视觉的超能力

复旦大学与中国科学技术大学等国内外科研机构合作，在《细胞》（Cell）期刊上发表了突破性研究，通过开发一种新型上转换隐形眼镜（Upconversion Contact Lenses, UCLs），首次实现人类对近红外光的多维度感知（时间、空间和色彩），这一技术被誉为“解锁红外视觉的超能力” 。

1. 技术原理：纳米材料实现光波转换

• 突破人眼局限：人类视网膜仅能感知400-700纳米的可见光，而近红外光（700-2500纳米）占太阳辐射能量的重要部分，传统上无法被察觉 。
• 稀土纳米颗粒：研究团队利用镱、铒等稀土元素的上转换发光特性，设计了三色正交上转换纳米颗粒（trichromatic UCNPs），将近红外光转换为红、绿、蓝三基色可见光，从而被视锥细胞识别。
• 非侵入式设计：通过表面修饰和折射率匹配的高分子材料，将纳米颗粒嵌入隐形眼镜，实现高透明度（>90%）和高掺杂比例（7-9%） 。

2. 功能表现：多维红外视觉

• 时空与色彩感知：
  • 小鼠实验：佩戴UCLs的小鼠能分辨近红外光的闪烁频率和空间方位，并做出行为决策。
  • 人类志愿者：可识别近红外光的编码信息、复色光组合及复杂图案，甚至闭眼时因红外光穿透眼皮（70%穿透率）而获得更纯净的成像。
• 三色视觉扩展：通过三色UCLs（tUCLs），人类可区分不同波长的近红外光，实现类似可见光的“色彩视觉” 。

3. 应用前景与挑战

• 医疗与辅助技术：
  • 色盲治疗：通过调节感知光谱范围，为色盲患者提供新解决方案 。
  • 手术导航：医生可直接观察近红外荧光标记的肿瘤位置，减少依赖大型设备。
• 安防与军事：轻量化设计（0.05毫米厚）和低成本（约200美元/副）使其在夜间侦查、防伪识别中具潜力。
• 当前局限：
  • 分辨率与光源依赖：图像分辨率较低（约20像素/毫米），且需强红外光源辅助。
  • 生物相容性：长期佩戴的安全性和更换周期（建议每周更换）需进一步验证。

4. 跨学科合作与未来优化

• 团队计划通过核壳结构设计提升光转换效率，并开发复合镜片系统以提高分辨率（目标100像素/毫米）。
• 需融合视觉生理学、材料科学和光学技术，解决发射光定向输出等问题，以实现更精细的独立成像。

这项研究由复旦大学张凡团队与中科大薛天团队主导，是2019年小鼠红外视觉研究的非侵入式升级，标志着人类向“超级视觉”迈出关键一步。