第一作者：田野，唐瀚川，康天譽
通訊作者：臧劍鋒
通訊單位：華中科技大學光學與電子信息學院，武漢光電國家研究中心
研究背景
柔性超材料是指將傳統超材料中人工設計微納結構設計引入柔性可拉伸材料領域，相對于傳統超材料，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/力調控性能，被廣泛應用于人體健康器件，電子皮膚，人機交互界面等實際應用領域。
成果簡介
最近，華中科技大學臧劍鋒團隊提出了一種可以精確矯正色盲的反向設計隱形眼鏡，通過類似配近似眼鏡的方法，對色盲患者采取先診斷，后設計的反向設計方案，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，相關工作以“Inverse-Designed Aid Lenses for Precise Correction of Color Vision Deficiency” 為題在線發表在《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一樣，精確地測量色盲患者的類別和嚴重程度。并根據患者的色盲情況，反向設計出具備合適參數（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）。絕大多數患者在佩戴反向設計矯正眼鏡后，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計方法。(A)反向設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，反向設計矯正眼鏡的峰值吸收率和濾波波長。綠色和紅色區域分別代表為?λ = -10 nm和+10 nm的患者定制的眼鏡的設計參數。
圖2. 調節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)根據設計的濾波波長參數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)根據設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系。
圖3. 反向設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域對比。(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。對六名色覺異常患者的實際佩戴測試。(A-D)對石原氏色盲鑒別圖譜的辨認結果。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字的患者人數。
小結
本項工作提出了一種基于色盲患者的視錐細胞偏移，反向設計出具備精確矯正能力的色盲色弱矯正鏡的設計方法。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，高穩定性，良好的潤濕性（佩戴舒適度）和低成本的優點，在未來的實際應用中具備很大的潛力。
論文第一作者為華中科技大學光學與電子信息學院博士生田野、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光學與電子信息學院、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計劃、國家自然科學基金資助支持。
團隊簡介
臧劍鋒現任華中科技大學光學與電子信息學院、武漢光電國家研究中心教授，博士生導師，國家海外高層次引進人才青年項目入選者。主持國家重點研發計劃項目課題，國家自然科學基金面上項目、華為委托技術開發項目等國家或重點企業項目5項。博士期間在新加坡南洋理工大學學習微電子學與生物醫學工程專業；博士后期間先后在美國南卡羅萊納大學和杜克大學致力于納米力學與軟材料力學研究。2014年加入華中科技大學獨立建組。以一作或通訊發表Nature Materials (1篇), Nature Communications (3篇)，National Science Review (1篇)，Nano Letters (7篇)等 40余篇論文，ESI高被引5篇，他引4000多次，授權發明專利18項。擔任JCR分區1區雜志Polymers編委、國際軟體機器人理論與技術研討會SoRo2019、國際柔性電子研討會ISFSE2016/2017/2018等國際會議共同執行主席，多次在國際會議做特邀報告。
研究團隊專注于多學科交叉的智能軟材料與器件研究，面向醫療健康重大需求，人機界面可靠接口開展醫工交叉研究，重點研發智能醫療機器人，柔性智能材料。與美國麻省理工學院Soft Active Materials Laboratory實驗室建立了深度合作關系，在智能軟材料，體內3D打印，磁控軟體機器人等領域開展了多項合作項目。
本課題組熱烈歡迎不同背景（尤其是光電工程，電子工程，機械，材料，生物工程等）的優秀本科生/碩士生申請加入研究團隊！希望不同背景的我們，能夠在團隊內碰撞出思維的火花，為了同一個目標努力，一起快樂地做有意思且有意義的科研工作！
