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中国科学技术大学 - 《中国科大报》

《细胞》:中国科大通过隐形眼镜方式实现人类近红外色彩图像视觉

2025-05-25     浏览(44)     (0)

中国科大研究团队通过视觉生理与纳米材料技术结合,成功开发出一种非侵入性上转换隐形眼镜,实现人类近红外时空色彩图像视觉,有助于未来医疗、信息处理及视觉辅助技术的发展,为色盲等疾病治疗提供新方案。该工作仍需进一步优化。

本报讯  中国科大生命科学与医学部和合肥微尺度物质科学国家研究中心薛天、马玉乾团队,工程科学学院龚兴龙、王胜团队,复旦大学化学系张凡团队,以及国际科研机构共同作为通讯作者,结合视觉神经科学、高分子材料与创新纳米融合技术,通过隐形眼镜方式实现人类近红外时空色彩图像视觉。该研究成果于5月22日在线发表在《细胞》上,被Cell press进行News release专题报道。

自然界中,人类肉眼可感知的可见光仅占电磁波谱很小的一部分。前期研究中,薛天、马玉乾团队与合作者将一种可以把近红外光转换为可见光的上转换纳米颗粒注射到动物视网膜中,首次实现了哺乳动物的裸眼近红外图像视觉能力。但由于眼内注射在人体应用受限,如何通过非侵入性方式实现近红外视觉,成为该技术实用化的关键挑战。

研究者发现,可佩戴式的高分子聚合材料软性隐形眼镜可以成为一种解决方案。但制备近红外光上转换隐形眼镜要解决高效转换能力和良好光学性能这两个问题并非易事。为此,研究人员对上转换纳米颗粒进行表面修饰,提高它们在高分子聚合材料中的均匀分散性,同时筛选出与上转换纳米颗粒折射率匹配的高分子聚合材料,制备出了高掺杂比例并且高度透明的近红外光上转换隐形眼镜。

进一步,研究人员开发了一种内置近红外光上转换隐形眼镜的可穿戴式框架眼镜系统。通过优化光学设计,使志愿者能够获得与可见光视觉一样空间分辨率的近红外图像视觉,进而实现对复杂近红外图形的精确识别。

总体而言,这项研究通过视觉生理与纳米材料技术相结合,制备高透明、高转化效率的上转换隐形眼镜,实现了无需电源和复杂外部设备、可穿戴的人类近红外图像视觉能力拓展,能够使人类感知近红外光的时间、空间和色彩多维度信息,实现了多红外光谱转换的人类近红外色彩视觉的概念验证。未来在医疗、信息处理及视觉辅助技术领域具有广泛应用前景。此外,通过非侵入方式灵活调节人体视觉波谱范围,也有望为色盲等视觉疾病的治疗提供新的解决方案。

研究团队同时指出,这项技术是原理验证性工作,仍有进一步优化空间。

中国科大生命科学与医学部和合肥微尺度物质科学国家研究中心的马玉乾教授、博士生陈雨诺,工程科学学院王胜副教授,复旦大学化学系博士生陈子晗以及韩纲研究组张原玮博士为该论文的共同第一作者。中国科大薛天教授为首要通讯作者,马玉乾教授、龚兴龙教授、王胜副教授、韩纲教授、张凡教授为论文的共同通讯作者。中国科大为本项工作的第一作者和最后通讯作者单位。

(生命科学与医学部  科研部)