Cell：我国科学家领衔开发出让小鼠和人类在黑暗中也能看见东西的红外隐形眼镜

来源：100医药网 2025-05-29 08:10

UCLs 成功赋予小鼠与人类感知近红外光时空与色彩信息的能力，其非侵入性与良好的生物相容性为实际应用奠定基础。

在信息飞速传播的当今世界，视觉作为人类获取信息的关键渠道，其重要性不言而喻。从情侣间的深情对视，传递着爱意与情绪，到我们日常观察世界、识别物体，视觉都发挥着核心作用。

然而，人类的视觉存在局限，仅能感知 400 - 700 纳米的可见光，对于占太阳辐射能量半数以上的红外光却无能为力。这种感知局限，犹如让我们在探索世界的道路上戴上了 有色眼镜 ，错过了诸多精彩。

但一项前沿研究有望打破这一桎梏，它利用上转换隐形眼镜（UCLs），为人类开启近红外（NIR）视觉之门，赋予我们前所未有的视觉体验，极大地拓展信息获取维度，其意义堪比视觉领域的 哥白尼式革命 。

一、实验意义与目的

此项研究旨在突破人类视觉的物理局限，开发非侵入式、可穿戴的近红外视觉系统，使人类能够直接感知近红外光的时空与色彩信息。传统红外探测设备如夜视仪等，依赖外部能源、结构复杂且难以与人眼融合。而上转换隐形眼镜的问世，有望让人类无需借助复杂仪器，仅凭肉眼就能感知近红外光，这不仅在军事、救援等领域具有广泛应用前景，更在日常生活中为人类带来全新的视觉体验，拓宽我们对世界的认知边界。

二、实验对象与流程

（一）实验对象

实验涉及小鼠与人类参与者。小鼠实验用于初步验证 UCLs 的生物相容性及对视觉系统的激活效果；人类实验则着重测试 UCLs 在实际应用中对近红外光信息的感知能力。

（二）实验流程

UCLs 制备与优化 ：研究人员基于折射率匹配原理，合成Au/NaGdF₄:Yb ⁺,Er ⁺纳米颗粒（UCNPs），去除其表面疏水油酸残留，使其在亲水聚合物材料中均匀分散。经筛选，确定以亲水性 pHEMA 聚合物为基质，融合 UCNPs 制备 UCLs。通过调整 UCNPs 质量比，平衡其在 UCLs 中的浓度与光学性能，最终制得在 7% 质量比下可见光透过率超 85% 的透明 UCLs。

小鼠实验 ：将 UCLs 固定于小鼠眼部，进行体外视网膜吸管记录、体内视网膜电图（ERG）记录等实验，检测小鼠对近红外光的视觉反应，观察其瞳孔光反射及行为表现，如光暗箱实验、光诱导恐惧条件实验等，评估 UCLs 对小鼠视觉系统的激活及近红外光信息传递效果。

人类实验 ：在暗室及环境光条件下，测试佩戴 UCLs 的人类参与者对可见光与近红外光的敏感度，测量其近红外视觉闪烁融合频率，借助可穿戴眼镜系统测试空间分辨率及对近红外光图案图像的识别能力。针对三色 UCLs（tUCLs），开展颜色匹配实验，验证人类对近红外光色彩的感知与区分能力。

三、实验结果与讨论

1. UCLs 的光学与机械性能 ：UCLs 在可见光波段透过率超 90%，7% 质量比下仍保持超 85% 透过率，透射光谱显示其对近红外光吸收与可见光发射的高效转换。扫描电子显微镜（SEM）图像表明 UCNPs 在 UCLs 中均匀分散，未改变 UCNPs 的激发与发射光谱，且 UCLs 的亲水性、水含量、机械性能与商业隐形眼镜相当，展现出良好的柔韧性和抗疲劳性。

2. 小鼠实验结果 ：体外视网膜实验显示，UCLs 能有效将 980nm 近红外光转换为可见光，激活小鼠视杆细胞光电流，其幅度与动态特性与 535nm 可见光激活的光电流一致。体内 ERG 记录表明，佩戴 UCLs 的小鼠在近红外光刺激下产生类似可见光的 ERG 信号，而未佩戴 UCLs 的小鼠无此反应。行为实验中，佩戴 UCLs 的小鼠在近红外光照射下瞳孔收缩，表现出对近红外光的本能反应；在光暗箱实验中偏好暗箱，在光诱导恐惧条件实验中出现冻结行为，说明小鼠能感知近红外光并做出相应决策。

此外，小鼠对近红外光的空间与时间信息也有响应，视觉诱发电位（VEP）实验记录到近红外光诱导的 VEP 信号，且与可见光诱导的信号幅度和响应时间相当；内在光学成像显示近红外光格栅刺激能在小鼠视觉皮层产生清晰的视网膜拓扑反应；条件性位置回避实验表明小鼠能区分不同频率的近红外光闪烁，做出正确回避行为。

3. 人类实验结果 ：人类佩戴 UCLs 后，在暗室中能感知近红外光，且闭眼状态下对近红外光的敏感度几乎不变，而可见光敏感度降低超 200 倍，归因于近红外光穿透眼睑的能力。在环境光条件下，参与者仍能感知近红外光，实现与日光视觉并行的近红外视觉。人类的近红外视觉闪烁融合频率与可见光视觉相似，借助可穿戴眼镜系统，参与者能区分空间分辨率为约 65 周期 / 度的近红外光移动光栅，识别近红外光图案图像，如水平竖直线、S 和 O 形状、三角形和正方形等。

对于 tUCLs，颜色匹配实验显示，佩戴 tUCLs 的参与者能有效识别三种波长的近红外光，通过调整三种近红外光的比例感知多种近红外色彩，其谱三刺激值与可见光接近，感知的近红外复合光颜色空间与可见光及 NTSC 标准高度相似。参与者还能区分由近红外色彩编码的字母序列，结合色彩与时间信息准确解读编码句子，借助可穿戴眼镜系统识别各种彩色近红外图案图像，以及在近红外光下物体的反射色彩，如一些在可见光下显示单一颜色的反射镜在近红外光下呈现不同色彩，部分字母图案在可见光下为黑白，在近红外光下展现出丰富色彩信息。

综上所述，UCLs 成功赋予小鼠与人类感知近红外光时空与色彩信息的能力，其非侵入性与良好的生物相容性为实际应用奠定基础。实验结果有力证明了 UCLs 在拓展人类视觉感知边界方面的巨大潜力，有望开启人类视觉新时代。

小结

这篇关于上转换隐形眼镜赋予人类近红外视觉的研究，如同在视觉科学领域投下一颗震撼弹，为我们描绘出一个色彩斑斓、信息丰富的全新视觉世界。它不仅突破了人类视觉的物理边界，让近红外光不再隐藏于黑暗之中，更赋予我们感知世界的新维度。从军事侦察、应急救援到日常生活，UCLs 的应用前景令人无限遐想。

也许在不久的将来，我们无需借助笨重设备，仅凭一双隐形眼镜，就能在夜幕中洞察秋毫，于迷雾中洞悉真相，甚至欣赏到近红外光下独特的自然之美。这不仅是科技进步的体现，更是人类探索精神的又一次腾飞，让我们共同期待这一前沿科技从实验室走向大众生活，为人类视觉体验带来颠覆性变革。（100yiyao.com）

参考文献：

Yuqian Ma et al, , Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.04.019.

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