自然界存在众多光线，能被人眼感受到的可见光只占很小一部分，比如人类就看不到红外光 。 但最近的一项研究或许能让人类具有红外光感知能力 。
前不久，中国科学技术大学生命科学与医学部薛天研究组与美国马萨诸塞州州立大学医学院韩纲研究组合作，结合视觉神经生物医学与创新纳米技术，首次实现了动物裸眼红外光感知和红外图像视觉 。 该研究成果已在线发表在国际权威期刊《细胞》上 。
努力探索获得夜视能力的方法
人类为何看不到红外光？主要是由于红外光光子能量较低 。 为了感知红外光，眼睛的感光蛋白必须降低其吸收能量阈值，然而过低的能量阈值会使热能更容易自发激发感光蛋白活性，从而影响探测信噪比 。
“换句话说，自然界中电磁波波谱范围很广，以波长划分由短至长包括γ射线、X射线、UV光、可见光、红外线、微波、无线电波等 。 能被我们眼睛感受的可见光只占电磁波谱里很小的一部分，这是由视网膜感光细胞中的感光蛋白所固有的理化特性所决定的 。 ”项目负责人薛天告诉科技日报采访人员 。
不仅人类，在生物的进化历程中，尚未发现任何动物能够基于感光蛋白感知波长超过700纳米的红外光，更没有动物能够在大脑中形成红外光图像视觉 。 不过已有研究证实，个别动物，如部分蛇类，可以通过温度感知红外光 。
然而红外线广泛地存在于自然界中，对其探测感知将帮助我们获取超过可见光谱范围的信息 。
为了获取超过可见光谱范围的信息，人类发明了以光电转换和光电倍增技术为基础的红外夜视仪 。 但它有诸多缺陷，如笨重、佩戴后行动不便、需要靠有限的电池供电、可能被强光过曝、同可见光环境不兼容等 。
为解决上述问题并发展裸眼无源红外视觉拓展技术，从事视觉研究多年的薛天注意到韩纲研究组的一种转换纳米材料，这种材料就能够把近红外光转换成可见光线——绿光 。
红外感知能力得到实验验证
“如果能将这种材料植入动物眼睛，那将非常有意义 。 ”薛天说，科研人员研究出一种特异表面修饰方法，使该纳米材料可以与感光细胞膜表面特异糖基分子紧密连接，从而牢牢地贴附在感光细胞表面 。
“修饰后的纳米颗粒就成为一种隐蔽的、无须外界供能的‘纳米天线’ 。 ”论文第一作者、中国科学技术大学博士马玉乾告诉采访人员，“我们将这种内置的‘纳米天线’命名为pbUCNPs，即视网膜感光细胞特异结合的上转换纳米颗粒 。 ”
为了能够让小鼠看见近红外光，科研人员将含有纳米颗粒的液体注射到小鼠眼睛中 。 但是，如何才能证明小鼠可以看见近红外光，并知晓它们的近红外视觉有多强呢？
研究人员进行了多种视觉神经生理实验 。 瞳孔光反射实验中，在近红外光照射下，已注射小鼠的瞳孔产生收缩，而未注射小鼠的瞳孔没有任何变化 。
针对小鼠是夜行动物，喜欢黑暗的特性，研究人员设计了一个带隔间的箱子，一个隔间全黑，一个用近红外光照亮 。 观察发现，已注射小鼠在黑暗隔间停留的时间更长，而未注射小鼠在两个隔间的停留时间基本相同 。 研究人员表示，这两个实验证明小鼠的光感受器细胞被近红外光激活，产生的信号通过视神经传递到小鼠大脑视觉皮质，小鼠具有感知红外线的能力 。
研究人员通过多种神经视觉生理实验，从单细胞电生理记录，在体视网膜电图（ERG）和视觉诱发电位（VEP），到多层面的视觉行为学实验，证明了从外周感光细胞到大脑视觉中枢，视网膜下腔注射pbUCNPs纳米颗粒的小鼠不仅获得感知红外线的能力，还可以分辨复杂的红外图像 。 值得指出的是，在获得红外视觉的同时，小鼠的可见光视觉没有受到影响 。
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