🔮 看见“不可见”的世界 ——2025中国生命科学十大进展之隐形眼镜实现人类近红外时空色彩视觉

👁️ 从“伸手不见五指”到“夜视超能力”：中国智造如何拓展人类视觉边界

你是否幻想过拥有超级英雄般的“夜视眼”，能在漆黑的夜晚视物如昼？或者像某些昆虫一样，能看到人类肉眼无法察觉的光谱？

这不再是科幻电影里的特技。在2025年12月公布的“中国生命科学十大进展”中，一项名为 “隐形眼镜实现人类近红外时空色彩视觉” 的成果赫然在列。这项由中国科学技术大学、复旦大学等团队联合完成的研究，登上了国际顶级期刊《细胞》（Cell），它让人类第一次有机会通过一副轻薄的隐形眼镜，直接感知到红外光的“时间、空间与色彩”。

这项突破不仅是为了满足我们的好奇心，它更可能在未来改变夜视技术、医疗诊断甚至信息加密的规则。

🌑 黑暗中的挑战：我们为何被“困”在可见光里？

在深入解读这项黑科技之前，我们先来理解一个残酷的生物学事实：人类的眼睛其实“很瞎”。

1. 被“禁锢”的视觉

我们生活在一个充满电磁波的世界，但人眼能感知的可见光（波长400-700纳米）仅仅占整个电磁波谱的极小一部分。在红光之外，存在着波长更长的“红外线”。虽然我们感觉不到它，但它无处不在——它来自太阳的余晖、人体的体温、甚至夜间的物体。

由于视网膜感光蛋白的物理化学特性限制，人类无法直接看到红外光。长期以来，我们只能通过笨重的夜视仪来“翻译”这些信息。这些设备通常需要电源、复杂的电子元件和图像增强管，不仅昂贵笨重，而且往往只能看到黑白的图像。

2. 进展背景

这项研究由中国科协生命科学学会联合体评选为2025年度“中国生命科学十大进展”之一。该评选汇集了88位资深专家的目光，旨在表彰那些面向世界科技前沿、能够解决行业难题的原创性成果。

如何在不侵入人体、不依赖复杂电源的情况下，突破生物视觉的物理极限？这是摆在科学家面前的巨大挑战。

🧪 破解“光之密码”：中国团队的自主创新之路

面对这一难题，中国科学技术大学薛天、马玉乾团队联合龚兴龙团队以及复旦大学张凡团队，没有选择传统的电子工程路径，而是另辟蹊径，打起了“材料学”和“纳米技术”的主意。

1. 核心原理：把“红外光”翻译成“可见光”

这项技术的核心原理叫做 “上转换” （Upconversion）。

我们可以把它想象成一个 “光子翻译官” 。自然界中，红外光子能量低，无法刺激人眼视网膜；可见光光子能量高。科学家们设计了一种特殊的纳米材料（上转换纳米颗粒，UCNPs），它们能“吞进”两个或多个低能量的红外光子，然后“吐出”一个高能量的可见光光子。

这就像是把几个微弱的耳语，汇聚成了一句响亮的呐喊，让我们的视网膜能够“听见”。

2. 独创性突破：隐形眼镜里的“纳米森林”

光有原理不够，如何把这种材料戴在眼睛上才是难点。早期的方案是将纳米颗粒直接注射到眼睛里（该团队2019年的成果），虽然有效但具有侵入性，难以在普通人中推广。

这一次，中国团队实现了非侵入式的革命：

材料融合： 他们将这些纳米“翻译官”均匀地掺杂到了隐形眼镜常用的高分子聚合物（水凝胶）中。

透明度革命： 这是一个巨大的技术挑战。通常，往透明材料里加颗粒会变浑浊。但团队通过表面修饰技术和折射率匹配筛选，制备出了掺杂比例高达7%-9%的隐形眼镜，且在可见光波段的透明度依然超过90%。这意味着，戴上它，你看现实世界依然清晰透亮，而一旦遇到红外光，奇迹就会发生。

3. 从“看见”到“看清”：攻克色彩与空间

这不仅是让眼睛变亮，更是让视觉变“真”。

色彩视觉： 以往的红外设备通常只能看到单色。这次，团队使用了 “三色正交上转换纳米颗粒” ，能将三种不同波长的红外光分别转换成红、绿、蓝三基色的可见光。这就像给夜视仪装上了彩色滤镜，志愿者能分辨出红外光的“颜色”。

空间分辨率： 为了防止转换后的光线在镜片内散射导致图像模糊，团队还配套开发了一款可穿戴式框架眼镜系统。这套系统像一个光学处理器，能将隐形眼镜转换出的散射光重新聚集成清晰的图像，让志愿者能精准识别复杂的红外图形。

🚀 应用场景：这副“神镜”将如何改变我们的生活？

这项技术一旦成熟并普及，其应用场景将远超我们的想象，它不仅仅是“夜视仪”的替代品，更是一种全新的信息交互界面。

1. 医疗健康：给眼睛“打补丁”

色盲治疗新希望： 许多色盲患者是因为视网膜缺少某种感光蛋白。这种纳米隐形眼镜可以通过“翻译”特定波段的光，绕过受损的感光细胞，为色盲、色弱患者提供一种全新的视觉矫正方案。

眼底检查辅助： 医生可以利用特定的红外光谱去探测眼底组织的病变，而患者佩戴特制镜片可以直接看到这些病理变化，实现医患视觉同步。

2. 信息安全：肉眼可见的“隐形水印”

想象一下，在银行票据或艺术品上标记普通人看不见的红外“条形码”或“水印”。

防伪加密： 只有佩戴了特定“解码”隐形眼镜的人，才能看到这些隐藏的信息。这为信息安全和防伪技术提供了一种极难复制的物理加密手段。

3. 军事与安防：轻量化夜视

传统的夜视装备往往沉重且需要供电。这种隐形眼镜结合轻便框架，有望实现无源（无需电池）、超轻量化的夜视能力，极大地减轻特种作战或夜间巡逻人员的负担。

4. 人机交互：意念之外的“光控”世界

在未来，我们或许可以通过发射特定编码的红外光信号，直接与佩戴者进行交互。比如，在博物馆里，展品旁的红外发射器将文字信息以“光”的形式投射，佩戴者眼中直接浮现出解说字幕，实现真正的“裸眼AR”。

🌏 中国智慧：从跟跑到领跑的跨越

回顾这项研究的历程，我们可以清晰地看到中国科学家在生物材料与视觉科学领域的深厚积累。

从2019年首次在小鼠体内实现红外视觉（侵入式），到2025年实现非侵入式的可穿戴隐形眼镜，这中间跨越的不仅是技术的鸿沟，更是对材料科学、光学设计、生理学等多学科交叉融合能力的极致考验。

自主创新点： 团队独创的高掺杂比例制备工艺、折射率匹配技术以及三色正交转换体系，解决了国际上长期存在的“转换效率低”与“透明度差”的矛盾。哈佛大学的Michael H. Do教授评价称，这项研究“巧妙地绕过了自然界对人体视觉功能的限制”。

🌙 展望未来：我们离“超人”还有多远？

虽然这项技术已经取得了里程碑式的成功，但科学家们依然保持着清醒的头脑。目前，这项技术还处于原理验证阶段。

当前的局限： 目前的上转换效率仍需要较强的红外光源辅助照射。此外，为了获得精细的图形视觉，还需要依赖外置的框架眼镜系统来处理图像。

未来的迭代： 科学家们的终极目标是实现 “全隐形” 。如果未来能通过材料学的进一步突破，实现发射光的定向输出，那么我们或许真的可以扔掉外框眼镜，直接通过隐形眼镜就能看到清晰、彩色的红外世界。

💡 想象一下未来的某一天：

当你戴上一副轻薄的隐形眼镜，夜晚不再是黑暗的屏障，而是充满了丰富的红外信息流；你可以在不使用任何电子设备的情况下，直接用肉眼识别出物品的真伪。这不仅是视觉的延伸，更是人类感知世界方式的一次进化。

这，就是中国科学家正在为我们描绘的未来图景。这不仅是实验室的胜利，更是人类对生命奥秘和物理极限探索的又一次伟大胜利。

来源: 桂粤科普