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撰文 刘悦晨 编辑 魏潇 试想一下，如果能看到红外光，我们眼中的世界将会变成什么样？近日，中国科学技术大学生命科学学院的薛天教授和同事们在 Cell 发表了相关论文，让这一想法变为现实。 在注射了经过特殊设计的纳米颗粒后，小鼠获得了红外视觉（Infrared Vision）。单次注射后的效果可以长达 10 周，且几乎不存在副作用。不仅如此，这种获得性的红外视觉在有可见光存在的情况下也能够正常发挥作用，接受注射的小鼠不仅可以“看到”红外光，还能够分辨出红外光所映射出的不同形状。 可见光与非可见光 可见光（Visible Light）是电磁波谱中可以被眼睛感受到的部分，波长范围大约在 390nm 至 700nm 之间。所有落在这个波长范围内的电磁波辐射，就是日常生活中的“光”。与之对应地，非可见光（Invisible Light）则是我们看不到的部分。 对于可见光的研究最早可以追溯到十七世纪中期，闻名于世的英国物理学家艾萨克·牛顿在他著名的三棱镜光学实验中第一次提出了“光谱”的概念。如今几乎所有人都已经熟知红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫这七种可见单色光是构成太阳光的连续光谱。实际上除了可见光之外，环境中天然的长波辐射（如红外辐射）同样蕴含着大量的信息。因此，获得“看到”部分非可见光的能力（如红外光），将隐藏在其中的信息为己所用，一直是研究者们的梦想。 图片：牛顿与可见光。来源：Pixabay.com 让纳米颗粒与眼睛协同工作 当光线射入眼睛时，视网膜上的视杆细胞（rod cell）和视锥细胞（cone cell）可以吸收可见光波长的光子，并通过视神经向大脑发送电信号，让这些光变得“可见”。其余的电磁波辐射因为波长太长或者太短，不能被眼睛中的感受器吸收，因而无法被察觉。 薛天教授和同事们新研发出的纳米粒子，经眼部注射后，可以有效地附着在小鼠的视杆和视锥细胞上充当红外光感受器，从而让小鼠“看得到”红外光。具体来说，当红外光照射到小鼠的视网膜上时，附着的纳米颗粒可以捕获射入的红外光，并经过转化发射出波长在可见光范围内的电磁辐射（绿光），紧接着位于纳米颗粒附近的视杆和视锥细胞吸收这些由纳米粒子发射出来的可见光，并向大脑发送正常信号。这一过程就像是可见光照直接照射到了视网膜上一样。至于为什么会将红外光转化为绿色可见光，是因为哺乳动物的眼睛对于波长在 555nm 附近的电磁波辐射最为敏感，而这一波段的电磁波辐射处于光学频谱的绿光区域。 实验过程中，实验小鼠接受了纳米颗粒的注射后，在红外光的照射下表现出了一些无意识的身体反应（例如瞳孔收缩），这表明它们的眼睛正在感知红外线的照射，而仅注射了缓冲液的对照组小鼠则对同样的红外线的照射没有任何反应。为了进一步证实接受了注射的小鼠不仅能感知红外光，而且还能够在接收红外光时不受可见光的干扰，研究人员设计了一系列可见光条件下的小鼠行为学实验（比如让它们在迷宫里寻找食物）。实验结果表明，在有可见光存在（或干扰）的条件下，接受注射的实验小鼠仍能够“看到”原本不可见的红外光，依靠它的提示找到放有食物的平台。 研究者们认为，这项研究成果是极具突破性意义的。目前的红外和远红外技术常常受到环境和设备的诸多限制，这项最新的研究成果不仅不会受到环境光源的影响，不需要复杂的设备提供电力，其技术本身的副作用也非常小，并在一定程度上实现了纳米颗粒与实验对象的生物一体化。如果在未来能够使用美国食品药品监督管理局（FDA）批准的化合物进行这种纳米粒子的合成，并针对人眼的特殊结构进行相应的优化以获得更加明亮的红外视觉，那么这项技术无疑将在未来与人类有关的科技、医疗、安全、军事等方面发挥更大的效用。也许在某一天，这项技术终将让人类获得超越自然视觉的能力。 |
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