纳米粒子成功增强视觉！中美团队：该技术军用、民用两相宜

世界上的很多我们看不见的东西，我们似乎已经习以为常了，并不是说一些微观生物，而是我们在可视范围之外，例如红外光。最近发表在 cell 上的一篇论文，就颇具科幻意义，来自中国科技大学和美国马萨诸塞大学医学院的研究人员通过向小鼠眼内注射 pbUCNPs 纳米颗粒来增强小鼠的视力，使其能够看到近红外光。

可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在 400～760nm 之间，但还有一些人能够感知到波长大约在 380～780nm 之间的电磁波。

正常视力的人眼对波长约为 555nm 的电磁波最为敏感，这种电磁波处于光学频谱的绿光区域。人眼可以看见的光的范围受大气层影响。大气层对于大部分的电磁辐射来讲都是不透明的，只有可见光波段和其他少数如无线电通讯波段等例外。可见光只是电磁波谱中的一小部分，尽管可见光区域已经给予了我们欣赏美丽世界的能力，例如彩虹，流星，但我们还是错过了很多美丽。

（图源：Shutterstock / Alison Mackey / Discover）

但是，一组研究人员已经找到了一种方法，不需要护目镜或其他笨重的设备，就可以让我们裸眼看到这些原本看不见的近红外光。他们将一种名为 pbUCNPs 的纳米颗粒注射到老鼠的眼睛中，可以将红外光子转换成可见光。也就是说他们给老鼠提供了一种“超能力”，可以看到可见光谱以外的红外线光。

超越彩虹

实验原理非常简单，科学家们使用经过改造的 pbUCNPs 纳米颗粒锚定在视网膜光感受器上作为微型 NIR 光传感器，当红外光照射到视网膜上时，波长为 980nm 的近红外光就会被转换成波长为 535nm 的短波长可见光，这正好位于可见光谱的绿色部分，然后附近的视杆细胞和视锥细胞会吸收较短的波长并将光子转化为换成我们的神经元所理解为色彩的信息。

视杆细胞和视锥细胞都属于视细胞，视细胞亦称光感受细胞或光感受器。位于视网膜内最深处，是能把光学刺激转变成神经冲动的细胞。视锥细胞是感受强光和颜色的细胞，对弱光和明暗的感知不如视杆细胞敏感，而对强光和颜色，具有高度的分辨能力。而以视杆细胞为主的视网膜周缘部，则光的分辨率低，色觉不完善，但对暗光敏感。

在实验过程中，科学家们将改造的 pbUCNPs 纳米颗粒溶解在 PBS（磷酸盐缓冲生理盐水）中，然后注射到小鼠的视网膜下方，并且在注射期间和之后的一段时间内，将小鼠放置到温暖的毯子上，保持小鼠眼睛保持湿润以避免白内障。

（图源：中国科学技术大学）

当小鼠被赋予“超能力”之后，研究人员对它们进行了一系列的测试，想看看这些小鼠对全新的、更广阔的世界会有什么反应。研究人员的第一个测试是观察小鼠的瞳孔在红外光照射下是否会出现收缩的情况，这可以证明小鼠眼内的光感受器是否可以接收来自纳米颗粒的信号，结果显示，接受注射 pbUCNPs 纳米颗粒的小鼠瞳孔收缩，而注射缓冲溶液的对照组小鼠则对红外光没有反应。

然后，研究人员还利用小鼠喜欢黑暗的天性对它们进行测试，研究人员设置了两个盒子，一个盒子是黑暗的，另一个盒子被红外光照亮。被注射过 pbUCNPs 纳米颗粒的老鼠会选择黑暗无光的盒子。而注射缓冲溶液老鼠则并不关心它们呆在哪个盒子里，因为两个盒子对它们来说都是一样黑暗的。

同时，进一步的实验还发现，老鼠不仅能看到红外光，它们对红外光的感知也足够好，以至于它们能够分辨红外光照射下的形状。并且，研究人员还证实，注射 pbUCNPs 纳米颗粒并不会干扰老鼠看到正常光线的能力，它们在正常光照条件下也能看到红外线。

更重要的是，研究人员发现 pbUCNPs 纳米颗粒的注射没有令人不快的副作用。老鼠的视力没有受到干扰，炎症也可以忽略不计，在少数情况下会出现的轻微或短暂的副作用，例如白内障或角膜混浊，但这通常与视网膜下注射有关，注射 pbUCNPs 纳米颗粒的小鼠与注射缓冲液的小鼠产生这些副作用的比率相似，并且这种情况在注射后 2 周左右就会消失。在小鼠眼中单次注射纳米颗粒可使红外视觉长达十周，之后，纳米颗粒最终从它们的眼睛里被冲走。

红外眼镜

研究人员表示:“在我们的研究中，结果显示视杆细胞和视锥细胞都能与这些纳米颗粒共同协作，并被近红外光激活。所以我们相信这项技术同样适用于人类的眼睛，这不仅可以产生超视觉，还可能可以治疗人类的一些视觉缺陷疾病。”

研究人员还认为，虽然老鼠和人类的眼睛非常相似，但还需要做更多的工作来微调这些纳米颗粒以适应人眼。研究人员希望，将来有一天，这种纳米颗粒可以被用于治疗视力问题，以及在我们的眼睛内传递药物。甚至类似的技术也可以应用波长更长的光，从而使我们也能看到紫外光谱中的光线。

目前的红外技术依赖于探测器和照相机，这些常常受到环境日光的限制，并且需要外部电源。研究人员认为，这些纳米颗粒不仅提供了在人体内进行紧密整合以扩展视觉光谱的潜力，还探索各种各样与动物视觉相关的研究开辟了新的机遇。此外，这项技术在民用加密、安全、军事行动等发展方面显示出相当大的潜力。

图|新生恒星（来源：NASA）

具有近红外能力的视觉增强技术可能会让我们刷新对世界的认知。不同波长的光可能会增加普通景物的细微差别，或者揭示以前隐藏在不可见波长中的东西。把我们的目光转向全新的世界，以前看不见的恒星和星系都会发光，我们可以肉眼看到它们之间的电磁传输，这将是对宇宙的一种新看法，是超越我们生物感官限制的一步，尽管这一步看起来似乎微不足道。