中国团队打造出红外视觉隐形眼镜

一项科幻式技术利用纳米颗粒将红外光变成了人类能看见的可见光。

一款新设计的隐形眼镜能让佩戴者看到来自光源的闪烁红外信号。来源：Yuqian Ma, Yunuo Chen, Hang Zhao (CC BY-SA)

人类又多了一种能看见红外光的新方式——这次不需要笨重的夜视眼镜。 研究人员创造出了第一副能赋予红外视觉的隐形眼镜，该眼镜甚至在人类闭眼时也能工作。

创造这一发明的团队来自中国科学技术大学 （USTC） ，这种隐形眼镜的“魔力”来自于纳米颗粒， 这些纳米颗粒能将800-1600纳米波段的近红外光转换成人类能看见的400-700纳米波段的短波长可见光 。研究团队估计，这种隐形眼镜的造价在每对200美元左右。

该研究于5月22日发表 [1] ， “简直酷毙了，就和科幻电影里的装备一样，” 上海复旦大学的化学家李晓民表示，它“为我们理解周围世界打开了新的可能性”。

有利有弊

近红外光刚好超出了人类通常能察觉的波长范围。某些动物能感知红外光，但并不足以形成图像。

夜视眼镜能让人类看见红外辐射，但它们很笨重，而且需要电源。 这种新型镜片则没有这些限制，还能提供更丰富的多彩红外图像 ，而以绿色单色显示的夜视眼镜一般没有这种能力。

不过， 这种镜片也有自己的缺点 。由于嵌入的纳米颗粒会散射光，所以镜片产生的图像是模糊的。团队将该技术用于眼镜，添加了能改变光方向的镜片，在一定程度上解决了这个问题。此外，夜视眼镜一般通过放大光来探测低水平的红外光，而和夜视眼镜不同的是，这些隐形眼镜的佩戴者只能看见强烈的红外信号，如发光二极管 （LED） 发出的红外信号。

出于这些原因，一些批评者不认为这些镜片能证明其实用性。“我想不到有什么应用，用红外眼镜不会从根本上更简单一些，”伦敦大学学院专门研究眼健康的神经科学家Glen Jeffery说，“演化避开这种功能是有原因的。”

尽管如此，作者认为他们的隐形眼镜还能进一步优化，并预测了该发明的多个可能用途。比如， 佩戴者能读取发出红外波长的防伪标记，这类标记是人类肉眼不可见的 ，该研究共同作者、中国科学技术大学的神经科学家马玉乾说。

未参与该研究的李晓民提出了另一种可能性： 开展近红外荧光手术的医生或许能佩戴这种隐形眼镜，这样就能直接发现并移除癌性病灶 ，“无需使用笨重的传统设备”。

“振奋人心的时刻”

团队基于之前的研究 [2] 创造出了这种隐形眼镜，之前的研究通过向小鼠视网膜注射纳米颗粒，让小鼠拥有红外视觉能力。这一次，团队采用了侵入性更小的方法， 在聚合物材料的混合物中添加了由稀土金属 （包括镱和铒） 制成的纳米颗粒，制成软性镜片 ，再测试它们的安全性。

马玉乾说， 主要挑战是如何在这些隐形眼镜中添加更多的纳米颗粒 ，能将足够多的红外光转换成可探测的可见光，同时不改变这些镜片的光学特性，包括它们的透明度。

小鼠实验显示，佩戴这种镜片的小鼠更容易选择被认为“安全”的暗盒，而不是被红外光照亮的盒子，而未戴这种镜片的小鼠对两种盒子都没有偏向。佩戴这种镜片的人类能看见来自LED的闪烁红外光，其分辨率足以识别摩斯密码信号，也能感知这些信号传来的方向。 这种镜片的效果甚至在受试者闭眼时更好 ，因为近红外光很容易穿透眼睑，但会干扰图像形成的可见光则没那么容易穿透眼睑。

马玉乾说：“看到人们戴上隐形眼镜后能看到红外闪光，这真是一个振奋人心的时刻。”

眼下，该团队在想办法在这些镜片中塞入更多的纳米颗粒 ，并希望研发出能更高效转换光的颗粒，从而提升该技术的灵敏度。马玉乾说： “我们已经克服了人类视觉的生理限制，仿佛打开了认识世界的一扇新窗口。”