一千多度的近视隐形眼镜（一副纳米隐形眼镜）

全世界一千个人中，就有8位男性和5位的女性患有颜色视觉障碍，俗称“色盲”。

颜色视觉障碍的个体差异很大。有的人，只是对某些特定的光线波长不敏感，例如我们常说的红绿色盲。但最严重的色盲则无法辨别所有颜色，被称为全色盲。

世界上第一个研究色盲的是英国化学家约翰·道尔顿，他在发现自己是色盲后，于1798年出版了第一部论述此问题的科学专著《关于色彩视觉的离奇事实》。此后，随着光学技术的发展，人们对色盲的研究及治疗也愈发深入。

颜色视觉障碍的原因，是人眼内的视锥细胞（cone cells）异常。视锥细胞是视网膜上的一种色觉和强光感受细胞，因其外节为圆锥形而得名。人类有S、M、L这三类辨别颜色的锥形感光细胞，分别对蓝紫色、绿色、红色的光最敏感。以绿色色弱为例，当主要负责吸收绿光的M型视锥细胞出现异常，它接受的光波，会与L型视锥细胞负责吸收的红色光谱范围重合，这就会导致人眼能够辨别的色调减少。这种现象也被称为M型视锥细胞的“红移”，最终导致患者对红色和绿色及其组合颜色的感知出现混淆。五彩斑斓的世界向这些患者关上了大门。

正常情况下，S、M、L三种视锥细胞对可见光的敏感度 | Animsaj / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

色盲患者的日常

颜色辨析障碍不仅影响人们对美的欣赏，更严重的是它会扰乱人们的日常生活。色盲患者在职业的选择上会受到限制，特别是美术、医学、化工、电工及电信等需要辨色能力的工作。根据中国2012年修订的《机动车驾驶证申领和使用规定》，红绿色盲患者无法获得机动车驾驶证。以色列特拉维夫大学研究员沙伦·卡雷波夫（Sharon Karepov）提到，无法辨别红绿，实际上给生活造成很大的麻烦 ，比如人们无法通过颜色判断香蕉是否熟了。

正常视力下的红苹果和绿苹果（上）;二色性色盲眼中的红苹果和绿苹果（下）| Limbicsystem / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

幸运的是，以色列特拉维夫大学在2020年3月发表的研究，或许能为这些患者的生活“增光添彩”。通过将超薄光学器件与现有的隐形眼镜组合起来，特拉维夫科研团队成功地研制出了一种纳米结构的隐形眼镜，能大幅度缓解红绿色弱视症状，这也是最常见的一种颜色视觉障碍。

为了缓解色盲，可采用的方法是降低视锥细胞对颜色的过度摄取。此前，这项技术只能被运用于外置的框架眼镜上。但现在，卡雷波夫团队研发的隐形眼镜可以更好地帮助人们缓解颜色视觉障碍。这种隐形眼镜采用了纳米级金椭圆的超表面，通过量身定制，为患者提供便捷和持久的解决方案，这项研究也被发表在了《光学通信》上。

常人看到的景象（左）；绿色弱视者看到的景象（中）；新型隐形眼镜矫正后绿色弱视者看到的景象（右）| Sharon Karepov, Tel Aviv University

使用新型隐形眼镜矫正后，绿色弱视者能看到“红绿分明”的世界。通常大家认为，红绿色盲看不到红色和绿色。但通过上图的例子可以发现，绿色弱视只是无法区分绿色和其他颜色，并不代表看不到绿色。甚至有时候，由于大脑对视觉信号的处理，他们看到的世界比我们还要“绿”。

研究突破与应用

卡雷波夫说道：“我们已经能在市面上购买到色盲矫正眼镜，但它们比隐形眼镜笨重多了。” 研究团队利用国际色觉委员会（CIE）的颜色空间，和传统的人眼彩色感光器模型，模拟了超表面隐形眼镜对色觉的影响。研究表示，这种新型隐形眼镜能提高修复颜色对比和色彩感知力10倍。

另外，团队还采用了石原氏色盲检测图（Ishihara-based color test），证明这款新型隐形眼镜确实能提高色弱患者辨识颜色的能力。“石原氏色盲检测图”这个名字听起来陌生，实际上，它就是我们日常体检时，用于检测色盲的小圆点。这种测试图包括一系列彩色圆盘，称为“石原盘”，每个圆盘内布满多种颜色和大小的圆点，组成色盲者不易区分的图案或数字。全套的石原氏检测图包括38个色盘，通常只使用几个色盘就能检测出色觉障碍。大家可以用下图进行自检，颜色视觉正常者能够看到数字74，但绿色色盲者可能会看到21，而全色盲则看不到任何数字。

石原氏色盲检测图之一 | Wikipedia

然而，科研成果并非一蹴而就。隐形眼镜的形状就是研究要解决的麻烦问题。这项研究的核心要素是超表面：这种超薄光学元件具有人造的纳米结构界面，并通过空间排列的超原子来操纵光。但这项技术之前只被应用于平面，因此，科研团队不得不研发新的技术，在不改变超表面特性的情况下，将它应用到隐形眼镜的弧面上。可喜的是，这项将超表面转移到弧面上的技术，得到了一些无心插柳的附加效果。科学家可以通过微调超表面的组织材料，来操纵穿过其表面的光线，从而一举缓解其他常见的视力问题。

卡雷波夫说：“我们研发的光学元件是超薄的，可以嵌入到任何硬性的隐形眼镜中，因此无论是绿色弱视还是其他视力障碍，如常见的近视、远视和散光，一副小小的隐形眼镜都能解决。”

这类隐形眼镜目前尚未进入临床试验，但研究者们已经为它进一步的技术发展和临床应用做好了准备。如果这项技术能够投入市场并且降低价格，或许能给近视和颜色视觉障碍的患者带来一丝福音。

作者名片

编译：狗蛋

编辑：悲催的铊宝宝

排版：雷颖

题图来源：Pixabay

参考文献：

[1] https://www.iflscience.com/health-and-medicine/new-contact-lenses-can-help-to-correct-redgreen-color-blindness/

[2] https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-45-6-1379

[3] Kulshrestha, Ruchi, and R. K. Bairwa. "Review of Color Blindness Removal Methods using Image Processing." Int. J. of Recent Research and Review 6 (2013): 18-21.

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