錨點：看見不可見：他們讓人類擁有紅外視覺 | 袁嵐峰

袁嵐峰：2019年我跟您聊的時候，那時候就有一個聽起來特別科幻的研究，說您讓小鼠獲得了紅外視覺。這是怎么做到的？

薛天：那時候的那項工作，是我們最開始嘗試的。既然我們有這樣的邊界，那么我們是不是可以采用一些材料科學的手段，來自由地調節動物或人的感光范圍？這里面除了幫助我們看到看不見的紅外線，甚至可能說，一個色盲患者，他某一些波長，比如說紅光看不到，那我們也可以通過這種方式來調節。所以當時我們正好是和一個材料科學家討論到，他說自己最近做了一些材料，是和光的轉化有關系的，它叫上轉換納米材料。所謂上轉換，就是把長波長、單個光子能量低的光，轉化成短波長的可見光。

袁嵐峰：把它能量變高了，叫做上轉換。

薛天：對，它其實是采用的是由稀土元素形成的納米材料，它吸收多個光子，然后把積累起來的能量轉化成一個光子釋放出去，這樣才能從長波到短波。我說，這是一個很有趣的點，正好能夠match（匹配）我們想做的事情。我們把這個材料加了一些修飾，讓它可以直接結合到感光細胞的外段上。在小鼠眼底打一針之后呢，我們在眼睛的感光細胞這個層面上給它加了一個光電轉換器，把紅外線轉化成可見光。這個時候，小鼠就直接獲得了近紅外的圖像視覺能力。

袁嵐峰：結果2025年，您居然讓人也獲得紅外視覺了。這是怎么做到的？

薛天：從2019年到2025年，這整個六年的時間，我們這個團隊就在考慮，有些什么樣的技術手段，可以實現不侵入式的。最簡單的一種方式，我們平常戴的眼鏡，或者是戴的隱形眼鏡？當然，它有可能成為一種介質，來實現這種轉化，那么后來我們就開始去做這個實驗。這個里面就出現了一些挑戰和困難。首先這個上轉換材料，它如果摻雜正常制備隱形眼鏡的材料之后，它就會變成不透明的，乳化了。一旦摻雜率高過了百分之零點幾，它就變渾濁了，那就不可用了。我們自然需要既能透過可見光，又能轉化紅外線的。后來我們逐漸發現了，如果我們把納米顆粒的折射率和隱形眼鏡的折射率match（匹配）的話，它又會從渾濁變成透明的了。這樣的話，我們就可以摻雜更高比例的，a few percent（幾個百分點），甚至接近百分之七、八、九、十的這種上轉化材料。那么這樣的話，它就可以實現這個光入射的時候，在這個位置直接轉化成可見光，然后再傳入眼睛，產生這種感知覺。

袁嵐峰：不是，有個最基本的問題我還沒搞明白，直接在眼鏡里面做有什么不行呢？

薛天：其實在眼鏡和隱形眼鏡都做了，眼鏡當然可以得到更高比例的摻雜。但我實際要強調的是，它比起小鼠那種直接在感光元件上做的話，它有它的缺點。它的空間分辨率下降了。因為什么呢？你在那個位置上，是在每個pixel（像素）上面直接轉化。你在這個位置上（鏡片上）轉化之后，它一旦轉化成可見光之后，它其實就是一個散射狀態了。它沒有繼續保持入射光子的相位和它的入射方向，所以精細的圖像視覺能力，就不能實現了。

為了解決這個問題，中間稍微加一個簡單的光學透鏡系統，就可以讓外部的圖像直接投射到轉化的片上，上轉換片，再被我們后面的透鏡系統投射到視網膜上，這時候你就可以得到相對精細的圖像，那我們就可以實現精細的圖像視覺。

我們當時在原來2019年的工作之上，我們想紅外線它也有波長范圍。我們可見光的三種顏色實際上是三種波長，我們如果想從紅外線中得到更多信息，我們應該也可以通過不同波長的紅外線轉換成不同波長的可見光。這個就是和復旦大學張凡教授合作，他有一系列的可以把這個上轉換材料做成多層結構的。一個材料里面它可能有核心，有外殼，一層殼、兩層殼、三層殼。這個時候它就可以摻雜出不同的上轉換材料，實現多種紅外線向多種可見光轉化。你就等于說，在紅外區間里，獲得了色彩視覺。

你能不能看到紅外光？當然不能，因為紅外的意思本來就是在人類能看見的光之外。

但有趣的是，為什么我們看不到紅外光？這就不是個顯而易見的問題了，對它的回答需要對視覺原理的深入理解。

更有趣的是，通過生物工程的方法，我們已經可以讓動物以至于人獲得原來沒有的感知能力。2019年，我跟我的同事和朋友、中國科學技術大學生命科學與醫學部教授薛天博士對話的時候，他已經讓小鼠獲得了紅外視覺。2025年，他又把這種超能力進一步推進到人。這兩項研究都入選了當年的中國生命科學十大進展，對于治療色盲、色弱以及各種視覺疾病也有巨大的前景。

生物醫學工程還能創造多大的奇跡？讓我們繼續聆聽薛天老師的神奇探索。

《錨點》節目中國科學技術大學科技傳播系副主任袁嵐峰對話中國科學技術大學薛天教授，東方衛視2026年2月11日播出。本片為精彩片段之一，25分鐘的全片可見于上海廣播電視臺“看看新聞”網站（https://www.kankanews.com/detail/d0y6PJxzRwR）、app以及視頻號。

■錨點節目在嗶哩嗶哩上線了！

2025年1月1日，我和上海廣播電視臺合作的科學家對話節目《錨點》在東方衛視開播，每周三22:00播出。經常有朋友問全片回放在哪里看，以前唯一可看的地方是上海廣播電視臺的“看看新聞”網站，在其中搜“錨點”就可以看到。從11月5日開始，錨點節目在嗶哩嗶哩上線了！歡迎大家關注新開的“東方衛視錨點”賬號，歡迎大家在B站觀看錨點全片，在“東方衛視錨點”賬號或者我的賬號“袁嵐峰”或者B站紀錄片頻道都可以看到。真科學，真對話，歡迎大家來到錨點！

■ 作者簡介

袁嵐峰

中國科學技術大學科技傳播系副主任

中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員

科技與戰略風云學會會長

風云之聲

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