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锚点：看见不可见：他们让人类拥有红外视觉 | 袁岚峰
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袁岚峰：2019年我跟您聊的时候，那时候就有一个听起来特别科幻的研究，说您让小鼠获得了红外视觉。这是怎么做到的？
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薛天：那时候的那项工作，是我们最开始尝试的。既然我们有这样的边界，那么我们是不是可以采用一些材料科学的手段，来自由地调节动物或人的感光范围？这里面除了帮助我们看到看不见的红外线，甚至可能说，一个色盲患者，他某一些波长，比如说红光看不到，那我们也可以通过这种方式来调节。所以当时我们正好是和一个材料科学家讨论到，他说自己最近做了一些材料，是和光的转化有关系的，它叫上转换纳米材料。所谓上转换，就是把长波长、单个光子能量低的光，转化成短波长的可见光。
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袁岚峰：把它能量变高了，叫做上转换。
薛天：对，它其实是采用的是由稀土元素形成的纳米材料，它吸收多个光子，然后把积累起来的能量转化成一个光子释放出去，这样才能从长波到短波。我说，这是一个很有趣的点，正好能够match（匹配）我们想做的事情。我们把这个材料加了一些修饰，让它可以直接结合到感光细胞的外段上。在小鼠眼底打一针之后呢，我们在眼睛的感光细胞这个层面上给它加了一个光电转换器，把红外线转化成可见光。这个时候，小鼠就直接获得了近红外的图像视觉能力。
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袁岚峰：结果2025年，您居然让人也获得红外视觉了。这是怎么做到的？
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薛天：从2019年到2025年，这整个六年的时间，我们这个团队就在考虑，有些什么样的技术手段，可以实现不侵入式的。最简单的一种方式，我们平常戴的眼镜，或者是戴的隐形眼镜？当然，它有可能成为一种介质，来实现这种转化，那么后来我们就开始去做这个实验。这个里面就出现了一些挑战和困难。首先这个上转换材料，它如果掺杂正常制备隐形眼镜的材料之后，它就会变成不透明的，乳化了。一旦掺杂率高过了百分之零点几，它就变浑浊了，那就不可用了。我们自然需要既能透过可见光，又能转化红外线的。后来我们逐渐发现了，如果我们把纳米颗粒的折射率和隐形眼镜的折射率match（匹配）的话，它又会从浑浊变成透明的了。这样的话，我们就可以掺杂更高比例的，a few percent（几个百分点），甚至接近百分之七、八、九、十的这种上转化材料。那么这样的话，它就可以实现这个光入射的时候，在这个位置直接转化成可见光，然后再传入眼睛，产生这种感知觉。
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袁岚峰：不是，有个最基本的问题我还没搞明白，直接在眼镜里面做有什么不行呢？
薛天：其实在眼镜和隐形眼镜都做了，眼镜当然可以得到更高比例的掺杂。但我实际要强调的是，它比起小鼠那种直接在感光元件上做的话，它有它的缺点。它的空间分辨率下降了。因为什么呢？你在那个位置上，是在每个pixel（像素）上面直接转化。你在这个位置上（镜片上）转化之后，它一旦转化成可见光之后，它其实就是一个散射状态了。它没有继续保持入射光子的相位和它的入射方向，所以精细的图像视觉能力，就不能实现了。
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为了解决这个问题，中间稍微加一个简单的光学透镜系统，就可以让外部的图像直接投射到转化的片上，上转换片，再被我们后面的透镜系统投射到视网膜上，这时候你就可以得到相对精细的图像，那我们就可以实现精细的图像视觉。
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我们当时在原来2019年的工作之上，我们想红外线它也有波长范围。我们可见光的三种颜色实际上是三种波长，我们如果想从红外线中得到更多信息，我们应该也可以通过不同波长的红外线转换成不同波长的可见光。这个就是和复旦大学张凡教授合作，他有一系列的可以把这个上转换材料做成多层结构的。一个材料里面它可能有核心，有外壳，一层壳、两层壳、三层壳。这个时候它就可以掺杂出不同的上转换材料，实现多种红外线向多种可见光转化。你就等于说，在红外区间里，获得了色彩视觉。
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你能不能看到红外光？当然不能，因为红外的意思本来就是在人类能看见的光之外。
但有趣的是，为什么我们看不到红外光？这就不是个显而易见的问题了，对它的回答需要对视觉原理的深入理解。
更有趣的是，通过生物工程的方法，我们已经可以让动物以至于人获得原来没有的感知能力。2019年，我跟我的同事和朋友、中国科学技术大学生命科学与医学部教授薛天博士对话的时候，他已经让小鼠获得了红外视觉。2025年，他又把这种超能力进一步推进到人。这两项研究都入选了当年的中国生命科学十大进展，对于治疗色盲、色弱以及各种视觉疾病也有巨大的前景。
生物医学工程还能创造多大的奇迹？让我们继续聆听薛天老师的神奇探索。
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《锚点》节目中国科学技术大学科技传播系副主任袁岚峰对话中国科学技术大学薛天教授，东方卫视2026年2月11日播出。本片为精彩片段之一，25分钟的全片可见于上海广播电视台“看看新闻”网站（http://t.cn/AX6GPwbm）、app以及视频号。
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2025年1月1日，我和上海广播电视台合作的科学家对话节目《锚点》在东方卫视开播，每周三22:00播出。经常有朋友问全片回放在哪里看，以前唯一可看的地方是上海广播电视台的“看看新闻”网站，在其中搜“锚点”就可以看到。从11月5日开始，锚点节目在哔哩哔哩上线了！欢迎大家关注新开的“东方卫视锚点”账号，欢迎大家在B站观看锚点全片，在“东方卫视锚点”账号或者我的账号“袁岚峰”或者B站纪录片频道都可以看到。真科学，真对话，欢迎大家来到锚点！
