穿透黑暗的“火眼金睛”——全球首款紅外隱形眼鏡

在漫長的黑夜里，古人會點燃篝火驅趕猛獸，也會點起燭火讀書寫字。如今的我們則會點亮電燈，繼續工作、學習與娛樂。人類始終依靠照明來解決夜間視覺受限的問題。然而，森林中的許多野獸卻能夠在夜晚自如活動，例如擅長夜晚捕獵的花豹和偏好夜間覓食的馬來熊。那么，你是否想過，為什么人類無法在黑夜視物呢？

為了解決這一難題，今年5月，中國科學技術大學與復旦大學聯合多家國內外科研機構，共同研制出一款可感知紅外光的隱形眼鏡，它可以將肉眼不可見的紅外光轉化為肉眼可見的光波。那么，這項研究成果是如何突破人類視覺極限的？未來它又會運用到哪些領域？除此之外，人類還從動物那里“借”來了哪些感知能力？我們一同來探尋答案！

人類佩戴隱形眼鏡

PART 01

“看得見”的奧秘

人類的眼睛本身并不會發光，我們能看到物體，是因為物體發出的光或者反射的光經過眼角膜折射，進入了我們的眼睛。光線會在眼角膜的“指引”下到達眼球有色部位的虹膜，并經過虹膜正中心的瞳孔，最終抵達晶狀體。當我們從暗處來到亮處時，瞳孔會收縮，阻止更多的光線進入眼睛；而當我們從亮處來到暗處時，瞳孔會擴張，讓更多的光線進入眼睛，始終保證有一定數量的光線抵達晶狀體。

虹膜

其實，這正是對晶狀體的一種保護：晶狀體由蛋白質構成，遇上強光會逐漸變得渾濁不清，無法聚焦物體，導致視線模糊，也就是大家常說的“晃眼”；而光線太弱又會讓晶狀體難以聚焦，使我們看不清物體的輪廓。因此，瞳孔傳遞過來的光線既不能多，也不能少。

經過晶狀體聚焦后的光線，會投射到布滿視神經細胞的視網膜上。視網膜上分布著兩種感光細胞，位于中間的視錐細胞能夠感知顏色，分散在四周的視桿細胞則可以感知光線強弱。它們共同將接收到的光刺激轉變為電信號，最終傳遞到大腦皮層的視覺中樞，我們才能“看得見”。

但是，并不是每個人都擁有正常的視力呀！那些近視、遠視的人，是哪里和別人不一樣呢？原來，近視者的眼球較長，進入眼球的光線會聚焦在視網膜的前面；而遠視者的眼球較短，進入眼球的光線會聚焦在視網膜的后面。這兩種情況都無法在視網膜上形成清晰的焦點，因此需要佩戴眼鏡來矯正視力。

PART 02

從祖母綠到樹脂

早在公元37—68年，羅馬皇帝尼祿就透過透明的祖母綠觀看角斗表演。人類得以初窺眼鏡的奧秘。1508年，達·芬奇偶然將頭埋入盛水的半球形玻璃缸中，發現缸外的世界變得無比清晰，便大膽地萌生了“把鏡片直接戴在眼球上”的想法。這看似天方夜譚的想象，竟然在379年后被德國科學家阿道夫·菲克實現了。他用玻璃吹制出可覆蓋在眼球上的薄片，這便是世界上第一副隱形眼鏡。可惜，這款玻璃隱形眼鏡無法透氣，人們戴上30分鐘就會產生劇烈的疼痛，還極易引發角膜炎等疾病。

隨后，人們用透明的高純度塑料制造出了硬性隱形眼鏡，用吸水后變軟的樹脂材料制造出了軟性隱形眼鏡，還制造出了具有擴瞳和變色功能的時尚“美瞳”。而此次研發的可感知紅外光的隱形眼鏡，正是從美瞳技術中得到了靈感。

早在2019年，該團隊就將一種能夠把紅外光轉換為可見光的納米材料注入小鼠的視網膜中，成功讓哺乳動物獲得了感知紅外光的視覺能力。要知道，人類肉眼只能看到400~700 納米波長的可見光，無法察覺波長在800~1600納米的紅外光。

但通過手術突破人類視覺極限的代價未免太大，有沒有一種更便捷的方法呢？于是，研究團隊利用稀土發光材料遇到紅外光會發出特定熒光色的特性，創造性地將含有稀土元素的納米顆粒與隱形眼鏡相結合，從而實現了對紅外光的識別。更值得一提的是，因為紅外光不易被皮膚和血液吸收，比可見光更容易穿透眼瞼，所以佩戴者即使閉上眼睛，也能“看見”清晰的紅外圖像。

紅外隱形眼鏡真正開啟了人類新“視”界的大門：軍事夜間偵察、災害救援、低能見度作業等場景可擺脫笨重的紅外夜視儀；色盲、弱視群體可借此增強自身的視覺能力；結合智能穿戴與虛擬現實技術，還能為佩戴者提供全方位的感官體驗。

男子戴著通用夜視鏡

健康用眼小貼士

1. 多看綠色植物；

2. 避免長時間近距離用眼，遵循“20—20—20”護眼法則：每近距離用眼20分鐘，向20英尺（約6米外）遠眺至少20秒；

3. 保持用眼環境明亮，避免在昏暗光線下用眼；

4. 避免陽光直射眼睛，過量的紫外線會損害視力；

5. 定期進行眼科檢查；

6. 不要揉眼睛，以免帶入細菌，引發感染；

7. 均衡飲食，多食用富含 β- 胡蘿卜素的食物（如胡蘿卜和番茄等），β- 胡蘿卜素會在人體內轉化為對眼睛非常重要的維生素A。

PART 03

向動物“借”點子

渾濁水域中游弋的鮭魚、復雜環境中生存的牛蛙、遠距離追蹤獵物的響尾蛇，它們在長期的演化過程中不斷強化自己的感官，已經能夠直接探測到紅外光。而其他更多的動物擁有著不同的感知能力，人類又從中獲得了哪些靈感呢？

海豚的回聲定位原理，啟發人們發明了聲吶（聲音導航與測距系統）；高空中的禿鷹能看見地面上小點般的獵物，促成了衛星成像技術的誕生；模擬水母身上布滿的神經感受器，人們制造出了風暴預測儀；電鰩自帶的蜂窩發電器中的膠狀物，則推動人們研究出了能夠儲電的電池。

海豚的回聲定位原理

人類雖然不像很多動物那樣擁有天然的超強感官，但是有著比其他所有生物都要聰明的大腦和龐大的知識傳播體系。只要我們保持旺盛的好奇心，好好學習、留心觀察，未來一定能創造出更多超越自然能力的先進科技。我們拭目以待吧！

來源：《科學大眾》雜志、科普中國