本報(bào)訊 近日，中國(guó)科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體正式公布了2025年度“中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選結(jié)果。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛天、馬玉乾團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)龔興龍團(tuán)隊(duì)和復(fù)旦大學(xué)張凡團(tuán)隊(duì)合作，創(chuàng)新性地將可轉(zhuǎn)換紅外光至可見(jiàn)光的納米材料與隱形眼鏡聚合物結(jié)合，完成的“隱形眼鏡實(shí)現(xiàn)人類近紅外時(shí)空色彩視覺(jué)”項(xiàng)目入選。
這一技術(shù)突破了人眼可見(jiàn)光譜的固有限制，使人類能夠通過(guò)可穿戴隱形眼鏡感知近紅外光的時(shí)間、空間和色彩信息。
人眼視覺(jué)受限于視網(wǎng)膜感光蛋白的物理化學(xué)特性，只能感知可見(jiàn)光波段。傳統(tǒng)方案依賴夜視儀或動(dòng)物體內(nèi)注射納米材料來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外視覺(jué)，存在侵入性和操作受限問(wèn)題。中國(guó)科大團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將可轉(zhuǎn)換紅外光至可見(jiàn)光的納米材料與高分子隱形眼鏡材料融合，制備出高透明度、高上轉(zhuǎn)換效率的隱形眼鏡（Upconversion Contact Lenses，UCLs）。
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)表面修飾上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNPs）并匹配折射率的高分子材料，實(shí)現(xiàn)高摻雜比例（7-9%）的隱形眼鏡，在大多數(shù)可見(jiàn)光波段透明度超過(guò)90%，顯著優(yōu)于國(guó)際現(xiàn)有材料。佩戴UCLs的小鼠和人類志愿者均能夠感知近紅外光的時(shí)間編碼和空間方向信息，實(shí)現(xiàn)非侵入式、多維度近紅外感知。
為提高空間分辨率，科研人員開(kāi)發(fā)了可穿戴框架眼鏡系統(tǒng)，將UCLs轉(zhuǎn)換后的散射紅外信息進(jìn)行光學(xué)處理，使志愿者能夠獲得與可見(jiàn)光視覺(jué)相當(dāng)?shù)慕t外空間圖像識(shí)別能力。
除了時(shí)間和空間信息外，紅外光的色彩維度也被納入研究。科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)三色正交UCNPs（trichromatic UCNPs）制備的三色上轉(zhuǎn)換隱形眼鏡（tUCLs），可將三種不同波長(zhǎng)的近紅外光轉(zhuǎn)換為紅、綠、藍(lán)三基色可見(jiàn)光。佩戴tUCLs的志愿者可以有效區(qū)分多種紅外波長(zhǎng)，并感知多紅外色彩組合信息，實(shí)現(xiàn)近紅外色彩圖像識(shí)別。
這一技術(shù)為醫(yī)療、信息處理及視覺(jué)輔助技術(shù)提供潛在應(yīng)用途徑，也可能為色盲等視覺(jué)障礙提供新的輔助治療方案?？蒲袌F(tuán)隊(duì)指出，目前上轉(zhuǎn)換效率仍依賴紅外光源輔助照射，未來(lái)如能實(shí)現(xiàn)發(fā)射光定向輸出，有望直接通過(guò)隱形眼鏡獲得精細(xì)近紅外圖形視覺(jué)，無(wú)需外部光學(xué)系統(tǒng)。
該研究成果于2025年5月22日在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell上，被Cell press進(jìn)行News release專題報(bào)道。哈佛大學(xué)Michael H. Do在Cell Biomaterials雜志上撰文評(píng)價(jià)：“巧妙地繞過(guò)了自然界對(duì)人體視覺(jué)功能的限制”，Nature報(bào)道該成果“為理解我們周圍的世界提供了新的可能性”。
據(jù)了解，本年度入選的“中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展”涵蓋基礎(chǔ)生命科學(xué)、生物技術(shù)和臨床醫(yī)學(xué)等多個(gè)前沿領(lǐng)域。例如，“卡路里限制促進(jìn)健康延壽的效應(yīng)分子及其機(jī)制的發(fā)現(xiàn)”揭示了延壽相關(guān)分子及作用機(jī)制；“開(kāi)創(chuàng)大腦新生神經(jīng)元治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的新途徑”實(shí)現(xiàn)了卒中治療從被動(dòng)保護(hù)到主動(dòng)再生的轉(zhuǎn)變；“表觀遺傳變異驅(qū)動(dòng)植物逆境適應(yīng)”開(kāi)創(chuàng)了抗逆育種新思路；“AI驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)工程實(shí)現(xiàn)染色體精準(zhǔn)操縱技術(shù)突破”首次實(shí)現(xiàn)動(dòng)植物染色體級(jí)精準(zhǔn)編輯；“生物多樣性新邊界探索”系統(tǒng)揭示了深淵動(dòng)物演化與極端環(huán)境適應(yīng)的遺傳機(jī)制。入選項(xiàng)目均面向生命科學(xué)前沿，聚焦人民健康和行業(yè)熱點(diǎn)難題。
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