顆粒在線訊：研究背景

柔性超材料是指將傳統(tǒng)超材料中人工設(shè)計微納結(jié)構(gòu)設(shè)計引入柔性可拉伸材料領(lǐng)域，相對于傳統(tǒng)超材料，柔性超材料可以彎曲，折疊，拉伸，壓縮，變形且仍能保持高效光/聲/力調(diào)控性能，被廣泛應(yīng)用于人體健康器件，電子皮膚，人機交互界面等實際應(yīng)用領(lǐng)域。

成果簡介

最近，華中科技大學(xué)臧劍鋒團隊提出了一種可以精確矯正色盲的反向設(shè)計隱形眼鏡，通過類似配近似眼鏡的方法，對色盲患者采取先診斷，后設(shè)計的反向設(shè)計方案，其定制化的色盲矯正隱形眼鏡在仿真模擬與實際人體實驗中都具備良好的矯正效果，相關(guān)工作以“Inverse-Designed Aid Lenses for Precise Correction of Color Vision Deficiency” 為題在線發(fā)表在《Nano Letters》上（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00262）。

色彩視覺是人類最重要的感知能力之一。然而地球上有3億多人都患有色覺缺陷(色弱和色盲)相關(guān)的疾病。雖然目前還沒有根治這種疾病的臨床方法，但有一些特殊的濾色眼鏡/鏡片可以被用于色覺缺陷的矯正。

通過團隊自己搭建的色盲鑒別鏡，我們可以像測量近視度數(shù)一樣，精確地測量色盲患者的類別和嚴重程度。并根據(jù)患者的色盲情況，反向設(shè)計出具備合適參數(shù)（峰值吸光率，濾波波長）的色弱矯正隱形眼鏡。

這種精確矯正的隱形眼鏡不但能提高患者對不同顏色的辨別能力，而且能給患者還原一個近似正常人的色覺體驗（圖1）。絕大多數(shù)患者在佩戴反向設(shè)計矯正眼鏡后，對石原氏圖的辨別能力有了明顯的提升。并且反映對其他日常生活中的場景的顏色感知，如：紅綠燈，彩色氣球等都有了一定的提升。

圖1. 定制化色弱矯正眼鏡眼鏡的反向設(shè)計方法。(A)反向設(shè)計色弱矯正眼鏡的四個步驟 (B) 色弱患者的視錐細胞偏移量檢查界面 (C)基于患者視錐細胞偏移量，反向設(shè)計矯正眼鏡的峰值吸收率和濾波波長。綠色和紅色區(qū)域分別代表為?λ = -10 nm和+10 nm的患者定制的眼鏡的設(shè)計參數(shù)。

圖2. 調(diào)節(jié)矯正眼鏡的峰值吸收率和濾波波長。(A) Au@SiO2納米粒子的FETEM圖像，直徑分別為30、45、55、65、75 nm。比例尺是300納米。(B)它們直徑的分布直方圖。(C)不同濾波波長的矯正眼鏡的吸收光譜。(D)根據(jù)設(shè)計的濾波波長參數(shù)確定加入的納米粒子的直徑。紅色實線表示納米粒子的直徑與濾波波長的擬合關(guān)系。(E)不同峰值吸收率的矯正眼鏡的透射譜。眼鏡中添加納米粒子的直徑均為45 nm。比例尺是1 cm。(F)根據(jù)設(shè)計的矯正眼鏡的峰值吸收率來確定眼鏡中添加的納米粒子的濃度。藍色實線表示納米粒子的濃度與峰值吸收率的擬合關(guān)系。

圖3. 反向設(shè)計的精確矯正眼鏡的矯正效果。(A)與兩種商用眼鏡的透射光譜對比 (B)在CIEXYZ色度圖上顯示色弱患者對顏色感知的偏差，以及矯正效果。黑點代表正常色覺。藍點代表色弱患者色覺。紅點代表佩戴本文中精確矯正眼鏡的患者的色覺。(C)正常色覺、色弱患者、佩戴商用眼鏡或本文中的精確矯正眼鏡的患者的色覺區(qū)域?qū)Ρ取?D) 正常色覺、色弱患者、佩戴商用眼鏡或本文中的精確矯正眼鏡的患者對石原氏色盲鑒別圖譜和交通燈的色覺感知。(E)不同嚴重程度的色弱患者配戴精確矯正眼鏡或其他商用眼鏡后，與正常人對比的色覺相似度。  *商用眼鏡1代表VINO O2 Amp Oxy-Iso眼鏡。商用眼鏡2代表Enchroma Cx-65眼鏡。

圖4. 對六名色覺異?；颊叩膶嶋H佩戴測試。(A-D)對石原氏色盲鑒別圖譜的辨認結(jié)果。藍色、紅色和紫色的矩形分別代表了在不戴眼鏡、佩戴本文中的反向設(shè)計矯正眼鏡或商用眼鏡的情況下能夠識別出圖片中正確數(shù)字的患者人數(shù)。

小結(jié)

本項工作提出了一種基于色盲患者的視錐細胞偏移，反向設(shè)計出具備精確矯正能力的色盲色弱矯正鏡的設(shè)計方法。這種眼鏡不但能提高患者對不同顏色的辨別能力，而且在日常生活中也能給患者還原一個近似正常人的豐富的色覺體驗。同時，這種眼鏡具備良好的生物相容性，高穩(wěn)定性，良好的潤濕性（佩戴舒適度）和低成本的優(yōu)點，在未來的實際應(yīng)用中具備很大的潛力。

論文第一作者為華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院博士生田野、博士后唐瀚川、碩士生康天譽，論文通訊作者為華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院、武漢光電國家研究中心臧劍鋒教授。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金資助支持。