世界上的很多我們看不見的東西，我們似乎已經(jīng)習(xí)以為常了，并不是說一些微觀生物，而是我們在可視范圍之外，例如紅外光。最近發(fā)表在 cell 上的一篇論文，就頗具科幻意義，來自中國科技大學(xué)和美國馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員通過向小鼠眼內(nèi)注射 pbUCNPs 納米顆粒來增強小鼠的視力，使其能夠看到近紅外光。

可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見光譜沒有精確的范圍；一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在 400～760nm 之間，但還有一些人能夠感知到波長大約在 380～780nm 之間的電磁波。

正常視力的人眼對波長約為 555nm 的電磁波最為敏感，這種電磁波處于光學(xué)頻譜的綠光區(qū)域。人眼可以看見的光的范圍受大氣層影響。大氣層對于大部分的電磁輻射來講都是不透明的，只有可見光波段和其他少數(shù)如無線電通訊波段等例外。可見光只是電磁波譜中的一小部分，盡管可見光區(qū)域已經(jīng)給予了我們欣賞美麗世界的能力，例如彩虹，流星，但我們還是錯過了很多美麗。

（圖源：Shutterstock / Alison Mackey / Discover）

但是，一組研究人員已經(jīng)找到了一種方法，不需要護目鏡或其他笨重的設(shè)備，就可以讓我們裸眼看到這些原本看不見的近紅外光。他們將一種名為 pbUCNPs 的納米顆粒注射到老鼠的眼睛中，可以將紅外光子轉(zhuǎn)換成可見光。也就是說他們給老鼠提供了一種“超能力”，可以看到可見光譜以外的紅外線光。

超越彩虹

實驗原理非常簡單，科學(xué)家們使用經(jīng)過改造的 pbUCNPs 納米顆粒錨定在視網(wǎng)膜光感受器上作為微型 NIR 光傳感器，當(dāng)紅外光照射到視網(wǎng)膜上時，波長為 980nm 的近紅外光就會被轉(zhuǎn)換成波長為 535nm 的短波長可見光，這正好位于可見光譜的綠色部分，然后附近的視桿細胞和視錐細胞會吸收較短的波長并將光子轉(zhuǎn)化為換成我們的神經(jīng)元所理解為色彩的信息。

視桿細胞和視錐細胞都屬于視細胞，視細胞亦稱光感受細胞或光感受器。位于視網(wǎng)膜內(nèi)最深處，是能把光學(xué)刺激轉(zhuǎn)變成神經(jīng)沖動的細胞。視錐細胞是感受強光和顏色的細胞，對弱光和明暗的感知不如視桿細胞敏感，而對強光和顏色，具有高度的分辨能力。而以視桿細胞為主的視網(wǎng)膜周緣部，則光的分辨率低，色覺不完善，但對暗光敏感。

在實驗過程中，科學(xué)家們將改造的 pbUCNPs 納米顆粒溶解在 PBS（磷酸鹽緩沖生理鹽水）中，然后注射到小鼠的視網(wǎng)膜下方，并且在注射期間和之后的一段時間內(nèi)，將小鼠放置到溫暖的毯子上，保持小鼠眼睛保持濕潤以避免白內(nèi)障。

（圖源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

當(dāng)小鼠被賦予“超能力”之后，研究人員對它們進行了一系列的測試，想看看這些小鼠對全新的、更廣闊的世界會有什么反應(yīng)。研究人員的第一個測試是觀察小鼠的瞳孔在紅外光照射下是否會出現(xiàn)收縮的情況，這可以證明小鼠眼內(nèi)的光感受器是否可以接收來自納米顆粒的信號，結(jié)果顯示，接受注射 pbUCNPs 納米顆粒的小鼠瞳孔收縮，而注射緩沖溶液的對照組小鼠則對紅外光沒有反應(yīng)。

然后，研究人員還利用小鼠喜歡黑暗的天性對它們進行測試，研究人員設(shè)置了兩個盒子，一個盒子是黑暗的，另一個盒子被紅外光照亮。被注射過 pbUCNPs 納米顆粒的老鼠會選擇黑暗無光的盒子。而注射緩沖溶液老鼠則并不關(guān)心它們呆在哪個盒子里，因為兩個盒子對它們來說都是一樣黑暗的。

同時，進一步的實驗還發(fā)現(xiàn)，老鼠不僅能看到紅外光，它們對紅外光的感知也足夠好，以至于它們能夠分辨紅外光照射下的形狀。并且，研究人員還證實，注射 pbUCNPs 納米顆粒并不會干擾老鼠看到正常光線的能力，它們在正常光照條件下也能看到紅外線。

更重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn) pbUCNPs 納米顆粒的注射沒有令人不快的副作用。老鼠的視力沒有受到干擾，炎癥也可以忽略不計，在少數(shù)情況下會出現(xiàn)的輕微或短暫的副作用，例如白內(nèi)障或角膜混濁，但這通常與視網(wǎng)膜下注射有關(guān)，注射 pbUCNPs 納米顆粒的小鼠與注射緩沖液的小鼠產(chǎn)生這些副作用的比率相似，并且這種情況在注射后 2 周左右就會消失。在小鼠眼中單次注射納米顆?？墒辜t外視覺長達十周，之后，納米顆粒最終從它們的眼睛里被沖走。

紅外眼鏡

研究人員表示:“在我們的研究中，結(jié)果顯示視桿細胞和視錐細胞都能與這些納米顆粒共同協(xié)作，并被近紅外光激活。所以我們相信這項技術(shù)同樣適用于人類的眼睛，這不僅可以產(chǎn)生超視覺，還可能可以治療人類的一些視覺缺陷疾病。”

研究人員還認為，雖然老鼠和人類的眼睛非常相似，但還需要做更多的工作來微調(diào)這些納米顆粒以適應(yīng)人眼。研究人員希望，將來有一天，這種納米顆?？梢员挥糜谥委熞暳栴}，以及在我們的眼睛內(nèi)傳遞藥物。甚至類似的技術(shù)也可以應(yīng)用波長更長的光，從而使我們也能看到紫外光譜中的光線。

目前的紅外技術(shù)依賴于探測器和照相機，這些常常受到環(huán)境日光的限制，并且需要外部電源。研究人員認為，這些納米顆粒不僅提供了在人體內(nèi)進行緊密整合以擴展視覺光譜的潛力，還探索各種各樣與動物視覺相關(guān)的研究開辟了新的機遇。此外，這項技術(shù)在民用加密、安全、軍事行動等發(fā)展方面顯示出相當(dāng)大的潛力。

圖|新生恒星（來源：NASA）

具有近紅外能力的視覺增強技術(shù)可能會讓我們刷新對世界的認知。不同波長的光可能會增加普通景物的細微差別，或者揭示以前隱藏在不可見波長中的東西。把我們的目光轉(zhuǎn)向全新的世界，以前看不見的恒星和星系都會發(fā)光，我們可以肉眼看到它們之間的電磁傳輸，這將是對宇宙的一種新看法，是超越我們生物感官限制的一步，盡管這一步看起來似乎微不足道。