撰文 劉悅晨

編輯 魏瀟

試想一下，如果能看到紅外光，我們眼中的世界將會(huì)變成什么樣？近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的薛天教授和同事們?cè)?Cell 發(fā)表了相關(guān)論文，讓這一想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

在注射了經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的納米顆粒后，小鼠獲得了紅外視覺（Infrared Vision）。單次注射后的效果可以長(zhǎng)達(dá) 10 周，且?guī)缀醪淮嬖诟弊饔?。不僅如此，這種獲得性的紅外視覺在有可見光存在的情況下也能夠正常發(fā)揮作用，接受注射的小鼠不僅可以“看到”紅外光，還能夠分辨出紅外光所映射出的不同形狀。

可見光（Visible Light）是電磁波譜中可以被眼睛感受到的部分，波長(zhǎng)范圍大約在 390nm 至 700nm 之間。所有落在這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波輻射，就是日常生活中的“光”。與之對(duì)應(yīng)地，非可見光（Invisible Light）則是我們看不到的部分。

對(duì)于可見光的研究最早可以追溯到十七世紀(jì)中期，聞名于世的英國(guó)物理學(xué)家艾薩克·牛頓在他著名的三棱鏡光學(xué)實(shí)驗(yàn)中第一次提出了“光譜”的概念。如今幾乎所有人都已經(jīng)熟知紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫這七種可見單色光是構(gòu)成太陽光的連續(xù)光譜。實(shí)際上除了可見光之外，環(huán)境中天然的長(zhǎng)波輻射（如紅外輻射）同樣蘊(yùn)含著大量的信息。因此，獲得“看到”部分非可見光的能力（如紅外光），將隱藏在其中的信息為己所用，一直是研究者們的夢(mèng)想。

圖片：牛頓與可見光。來源：Pixabay.com

讓納米顆粒與眼睛協(xié)同工作 

當(dāng)光線射入眼睛時(shí)，視網(wǎng)膜上的視桿細(xì)胞（rod cell）和視錐細(xì)胞（cone cell）可以吸收可見光波長(zhǎng)的光子，并通過視神經(jīng)向大腦發(fā)送電信號(hào)，讓這些光變得“可見”。其余的電磁波輻射因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)或者太短，不能被眼睛中的感受器吸收，因而無法被察覺。

薛天教授和同事們新研發(fā)出的納米粒子，經(jīng)眼部注射后，可以有效地附著在小鼠的視桿和視錐細(xì)胞上充當(dāng)紅外光感受器，從而讓小鼠“看得到”紅外光。具體來說，當(dāng)紅外光照射到小鼠的視網(wǎng)膜上時(shí)，附著的納米顆?？梢圆东@射入的紅外光，并經(jīng)過轉(zhuǎn)化發(fā)射出波長(zhǎng)在可見光范圍內(nèi)的電磁輻射（綠光），緊接著位于納米顆粒附近的視桿和視錐細(xì)胞吸收這些由納米粒子發(fā)射出來的可見光，并向大腦發(fā)送正常信號(hào)。這一過程就像是可見光照直接照射到了視網(wǎng)膜上一樣。至于為什么會(huì)將紅外光轉(zhuǎn)化為綠色可見光，是因?yàn)椴溉閯?dòng)物的眼睛對(duì)于波長(zhǎng)在 555nm 附近的電磁波輻射最為敏感，而這一波段的電磁波輻射處于光學(xué)頻譜的綠光區(qū)域。

實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)小鼠接受了納米顆粒的注射后，在紅外光的照射下表現(xiàn)出了一些無意識(shí)的身體反應(yīng)（例如瞳孔收縮），這表明它們的眼睛正在感知紅外線的照射，而僅注射了緩沖液的對(duì)照組小鼠則對(duì)同樣的紅外線的照射沒有任何反應(yīng)。為了進(jìn)一步證實(shí)接受了注射的小鼠不僅能感知紅外光，而且還能夠在接收紅外光時(shí)不受可見光的干擾，研究人員設(shè)計(jì)了一系列可見光條件下的小鼠行為學(xué)實(shí)驗(yàn)（比如讓它們?cè)诿詫m里尋找食物）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在有可見光存在（或干擾）的條件下，接受注射的實(shí)驗(yàn)小鼠仍能夠“看到”原本不可見的紅外光，依靠它的提示找到放有食物的平臺(tái)。

研究者們認(rèn)為，這項(xiàng)研究成果是極具突破性意義的。目前的紅外和遠(yuǎn)紅外技術(shù)常常受到環(huán)境和設(shè)備的諸多限制，這項(xiàng)最新的研究成果不僅不會(huì)受到環(huán)境光源的影響，不需要復(fù)雜的設(shè)備提供電力，其技術(shù)本身的副作用也非常小，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)了納米顆粒與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的生物一體化。如果在未來能夠使用美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)的化合物進(jìn)行這種納米粒子的合成，并針對(duì)人眼的特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化以獲得更加明亮的紅外視覺，那么這項(xiàng)技術(shù)無疑將在未來與人類有關(guān)的科技、醫(yī)療、安全、軍事等方面發(fā)揮更大的效用。也許在某一天，這項(xiàng)技術(shù)終將讓人類獲得超越自然視覺的能力。