特殊的纳米颗粒（以白色显示）紧贴在小鼠感光器的杆（左）和视锥（右）上。通过将纳米颗粒注射到小鼠的眼睛中，科学家使它们能够看到近红外光-电磁辐射，通常对啮齿动物（或人类）不可见。 一项独特的突破（可以理解时更为罕见）是，这种技术可以用于人类。
由
中国科学技术大学的田雪
和 马萨诸塞州大学医学院的 Gang Khan领导的研究小组改变了小鼠的视力，使它们可以看到
近红外光 （NIR），同时保持其自然的能力以看到正常的光。 这是通过将特殊的纳米粒子注入他们的眼睛来实现的。 效果持续约10周，没有任何严重的副作用。
一系列测试表明，老鼠实际上看到了红外线，而没有看到其他东西。 科学家说，人眼与老鼠的眼睛并没有太大区别，这导致了对该技术在人类上的应用的奇妙见解。
人和小鼠只能看到彩虹光谱指示的电磁频谱的狭窄部分。 其他动物，例如鸟类或蜜蜂，也能够看到紫外线，而蛇则具有红外辐射。人类就像老鼠一样，只能看到
电磁频谱的一小部分。 人类看不见的波长光谱很大，我们看不到所谓的
可见光谱 （波长为380至740纳米）边界之外的任何东西。 红外辐射以更长的波长（从800 nm到毫米）的形式存在。
世界上的物体，无论是人还是汤盘或诸如冰块之类的寒冷物体，都会发出红外辐射。 诸如人类和小鼠之类的哺乳动物看不到NIR，但我们拥有夜视或热成像眼镜等技术，可以将这种不可见的光谱转换为可见光。 老鼠身上使用的这项新技术具有类似的功能，但科学家不是依靠可穿戴技术，而是使用了生物解决方案。
为了让小鼠看到超出正常可见光谱范围的物体，Tian和Ganges开发了特殊的纳米颗粒，它们可以增加辐射的频率并能够在现有啮齿动物的眼睛结构中起作用。 将含有微小颗粒的液滴直接注射到他们的眼睛中，使用特殊的锚将它们紧紧地贴在感光细胞上。 感光细胞-视杆和视锥细胞-通常吸收可见光的波长，大脑将其理解为视觉。 在实验中，注入的纳米粒子将NIR转换为可见波，鼠标大脑可以将其视为视觉信息（在此示例中，他们将NIR视为绿光）。 纳米颗粒在眼睛中停留了两个月，使小鼠能够同时看到NIR和可见光，且副作用极小。
视觉过程的图形图像。 当红外光（红色）进入感光细胞（浅绿色圆圈）时，纳米粒子（粉红色圆圈）将NIR转换为可见绿光。感光细胞上的纳米颗粒充当红外光的转换器。 纳米颗粒在视网膜中捕获了红外波，然后将其作为较短的可见光波发出。 因此，吸收较短波的棒和锥体能够接收该信号，然后将转换后的信息发送到大脑皮层的可视区域。 尤其是，注入的粒子吸收了大约980 nm长的NIR，并将其转换为535 nm的光。 老鼠将红外光感知为绿色。 结果与在夜视镜中观察NIR相似，除了小鼠还可以保持对可见光的正常感知。 正如已经指出的那样，这种作用是暂时的，持续了数周，在某些小鼠中，角膜变得混浊，并迅速清除。
为了证明该方法确实有效，Tian和Gang进行了一系列测试和实验。
例如，当暴露于NIR时，小鼠的瞳孔减少，而未注射的小鼠的瞳孔则没有。 而且，当仅暴露于NIR时，对注射纳米颗粒的小鼠大脑的电活动进行测量，结果表明，眼睛和视觉皮层的功能与可见光相同。
行为测试也表明该技术有效。 教导放置在Y形迷宫中的小鼠识别NIR指向的隐藏避难所平台的位置。 在测试过程中，被注射的老鼠不断找到一个平台，没有被注射的老鼠在迷宫中游动。 另一项测试包括一个有两个隔间的盒子：一个完全没有灯光，另一个被近红外照明。 老鼠像夜间活动的生物一样，趋向黑暗。 在测试中，注射纳米颗粒的小鼠在没有光线的情况下在隔室中花费了更多的时间，而没有注射的小鼠则没有表现出偏好。
华盛顿大学圣路易斯分校眼科学和视觉科学教授弗拉基米尔·科法洛夫（Vladimir Kefalov）说：“这些广泛的实验毫无疑问地表明，注射了对红外线敏感的纳米粒子的小鼠具有看到红外光并接收视觉信息的能力。”
田在新闻稿中指出，纳米粒子紧贴杆和锥，并被浸入的红外光激活，因此“我们相信，这项技术不仅可以用作监督，而且可以用于治疗。” 在接受Cell采访时，他澄清说：
与小鼠不同，人类和其他灵长类动物具有称为中央凹的视网膜结构，可提供高清的中央视野。 在人中央凹中，视锥的密度远大于视杆的密度。 而鼠标视网膜中的棒状数量则更多。 由于视锥细胞与棒相比具有不同的光谱敏感性和强度敏感性，我们可能需要微调UCNP发射光谱以更有效地激活人体中所需类型的视锥细胞。
正如Tian所说，要使这项技术适用于人，就需要对其进行更改，但是新的实验表明，可以进行更改。 凯法洛夫说，在人类中使用这种概念的潜力是真实而令人兴奋的，但他警告说，我们还有很长的路要走。
“作者表明，一次注射纳米颗粒不会对小鼠视网膜产生不利影响，”凯法洛夫说。 “但是，目前尚不清楚实际的红外视力是否需要重复注射，如果需要的话，慢性红外视力是否会影响我们眼睛的结构和功能。”
看到红外光的能力似乎很棒，但这肯定是一个有用的信号。 我们可以看到许多超出常规视线范围的事物-并且我们将拥有一个内置的夜视系统。 正如田向Cell解释的那样：
科学家们正在尝试开发一种新技术，该技术允许使用超出我们自然能力的能力。 人的自然视觉可以感知的可见光仅占电磁光谱的很小一部分。 比可见光长或短的电磁波携带更多的信息。 根据材料的不同，物体在近红外线中的吸收和反射也可能不同。 我们无法用肉眼检测到此信息。
这种潜在改进的另一个有趣特征是，人们无需佩戴笨重且耗能大的设备，例如夜视镜。 而且技术不需要任何基因操作。 军方很可能会对这项工作感兴趣。
悉尼科技大学数学与物理科学学院的 Dayong Jin称这项新作品“非常具有创新性和启发性”。 Dayong说，据他所知，“这项工作是植入式和可穿戴式光学纳米器件的第一个例子。” 他说，老鼠没有炎症或细胞死亡是很重要的，但是某些细胞可能吸收了纳米颗粒，这一前景“值得进一步研究”。
同样，这项研究给Kefalov留下了深刻的印象，他说：“作者通过注入对红外线敏感的纳米粒子对小鼠的视觉功能的影响，做出了令人惊讶的出色工作。”并补充说：“这项创新工作展示了一种新颖而有效的方法，可以增强视觉系统检测光线的能力。自然可见光谱的边界。” 他认为，纳米粒子最有可能在可见光下不干扰感光体的正常功能是“令人震惊的”。
他说，关于这种技术是否可以用来矫正视力障碍，例如色盲，目前还不清楚。
“由于接收基于感光器检测和放大光信号的能力，因此使用它来治疗感光器功能障碍将需要开发新的阶段，除了转换可见光谱以外的光以外，” Kefalov说。
展望未来，Tian和Gang希望使用由FDA批准的物质组成的基于有机物的纳米粒子来改进该技术，这可以带来更明亮的红外视野。 他们还希望定制该技术，使其更接近人类生物学。 对于技术方向持乐观态度，Tian和Ganges已经就其工作提出了专利申请。
我已经播出了电视广告：“如果您适合近红外视力，请咨询您的医生。”
www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30101-1