神经科学家和材料科学家创造了能够在人类和小鼠中实现红外视觉的隐形眼镜，通过将红外光转换为可见光。与红外夜视瞄准镜不同，这种隐形眼镜在《Cell》期刊上描述于5月22日，不需要电源——它们使佩戴者能够感知多个红外波长。因为它们是透明的，用户可以同时看到红外和可见光，尽管当参与者闭上眼睛时红外视觉得到了增强。
“我们的研究开启了非侵入性可穿戴设备的潜力，可以赋予人们超视觉，”首席作者、来自中国科学技术大学的神经科学家薛天说。“这种材料的潜在应用非常广泛。例如，闪烁的红外光可以用于传输安全、救援、加密或防伪等环境中的信息。”
这种隐形眼镜技术使用了能够吸收红外光并将其转换为哺乳动物眼睛可见波长（例如，400-700纳米范围内的电磁辐射）的纳米颗粒。这些纳米颗粒特别能够检测“近红外光”，即800-1600纳米范围内的红外光，正好超出人类可以看到的范围。团队之前曾展示这些纳米颗粒在注射到视网膜内时能够使小鼠实现红外视觉，但他们希望设计一种更少侵入性的选项。
为了制作隐形眼镜，团队将纳米颗粒与用于标准软隐形眼镜的柔性无毒聚合物结合。在证明隐形眼镜无毒后，他们在人体和小鼠中测试了其功能。
他们发现佩戴隐形眼镜的小鼠表现出能够看到红外波长的行为。例如，当小鼠被给予一个暗箱和一个红外照明的箱子选择时，佩戴隐形眼镜的小鼠选择了暗箱，而不佩戴隐形眼镜的小鼠没有表现出偏好。小鼠还显示了红外视觉的生理信号：佩戴隐形眼镜的小鼠在红外光下瞳孔收缩，脑成像显示红外光使它们的视觉处理中心亮起。
在人类中，红外隐形眼镜使参与者能够准确检测闪烁的类似摩斯电码的信号，并感知到来红外光的方向。薛说：“这是完全明确的：没有隐形眼镜时，受试者什么也看不见，但当他们戴上时，他们可以清晰地看到红外光的闪烁。”他补充道：“我们还发现，当受试者闭上眼睛时，他们甚至更能接收这种闪烁信息，因为近红外光穿透眼睑的效果比可见光更好，因此可见光的干扰更少。”
对隐形眼镜的额外改进使用户能够通过对纳米颗粒进行工程化以颜色编码不同的红外波长，从而区分不同的红外光谱。例如，980纳米的红外波长被转换成蓝光，808纳米的波长被转换成绿光，而1532纳米的波长被转换成红光。除了使佩戴者能够在红外光谱中感知更多细节外，这些颜色编码的纳米颗粒还可以被修改以帮助色盲患者看到他们本无法检测到的波长。
“通过将红色可见光转换成类似绿色的可见光，这项技术可以让色盲患者看到不可见的东西，”薛说。
由于隐形眼镜捕捉细节的能力有限（由于与视网膜的近距离，导致转换的光粒子散射），团队还开发了一个可穿戴玻璃系统，使用相同的纳米颗粒技术，使参与者能够感知更高分辨率的红外信息。
目前，隐形眼镜只能检测从LED光源投射的红外辐射，但研究人员正在努力提高纳米颗粒的灵敏度，以便能够检测更低水平的红外光。
“未来，我们希望与材料科学家和光学专家合作，制造出具有更精确空间分辨率和更高灵敏度的隐形眼镜，”薛说。
