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?cè)诳梢暦秶?，例?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/紅外/" target="_blank">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(guó)科技大學(xué)和美國(guó)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(qiáng)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(zhǎng)在 400～760nm 之間，但還有一些人能夠感知到波長(zhǎng)大約在 380～780nm 之間的電磁波。

正常視力的人眼對(duì)波長(zhǎng)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(duì)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?？梢姽庵皇请姶挪ㄗV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(cuò)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(hù)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(shí)驗(yàn)原理非常簡(jiǎn)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(shí)，波長(zhǎng)為 980nm 的近紅外光就會(huì)被轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為 535nm 的短波長(zhǎng)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(xì)胞和視錐細(xì)胞會(huì)吸收較短的波長(zhǎng)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(xì)胞和視錐細(xì)胞都屬于視細(xì)胞，視細(xì)胞亦稱光感受細(xì)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(dòng)的細(xì)胞。視錐細(xì)胞是感受強(qiáng)光和顏色的細(xì)胞，對(duì)弱光和明暗的感知不如視桿細(xì)胞敏感，而對(duì)強(qiáng)光和顏色，具有高度的分辨能力。而以視桿細(xì)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(duì)暗光敏感。

在實(shí)驗(yàn)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(shí)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(rùn)以避免白內(nèi)障。

（圖源：中國(guó)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(duì)它們進(jìn)行了一系列的測(cè)試，想看看這些小鼠對(duì)全新的、更廣闊的世界會(huì)有什么反應(yīng)。研究人員的第一個(gè)測(cè)試是觀察小鼠的瞳孔在紅外光照射下是否會(huì)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(hào)，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(duì)照組小鼠則對(duì)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(duì)它們進(jìn)行測(cè)試，研究人員設(shè)置了兩個(gè)盒子，一個(gè)盒子是黑暗的，另一個(gè)盒子被紅外光照亮。被注射過 pbUCNPs 納米顆粒的老鼠會(huì)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(gè)盒子里，因?yàn)閮蓚€(gè)盒子對(duì)它們來說都是一樣黑暗的。

同時(shí)，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，老鼠不僅能看到紅外光，它們對(duì)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(shí)，注射 pbUCNPs 納米顆粒并不會(huì)干擾老鼠看到正常光線的能力，它們?cè)谡９庹諚l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(jì)，在少數(shù)情況下會(huì)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(huì)消失。在小鼠眼中單次注射納米顆?？墒辜t外視覺長(zhǎng)達(dá)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(xì)胞和視錐細(xì)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(xiàng)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(rèn)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(zhǎng)更長(zhǎng)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(cè)器和照相機(jī)，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(rèn)為，這些納米顆粒不僅提供了在人體內(nèi)進(jìn)行緊密整合以擴(kuò)展視覺光譜的潛力，還探索各種各樣與動(dòng)物視覺相關(guān)的研究開辟了新的機(jī)遇。此外，這項(xiàng)技術(shù)在民用加密、安全、軍事行動(dòng)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(qiáng)技術(shù)可能會(huì)讓我們刷新對(duì)世界的認(rèn)知。不同波長(zhǎng)的光可能會(huì)增加普通景物的細(xì)微差別，或者揭示以前隱藏在不可見波長(zhǎng)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(huì)發(fā)光，我們可以肉眼看到它們之間的電磁傳輸，這將是對(duì)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。