昆虫的复眼在结构上与人类的非常不同——几乎是一个独立的器官类别，完全不同于更熟悉的晶状体、角膜、虹膜和视网膜的眼睛排列。例如，亚洲燕尾蝴蝶Papillio xuthus可以看到紫外线光谱中的光波长，远远超出人类视觉的限制或相机和手机中标准光学电子设备的能力。

　　伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 (UIUC) 的研究人员受到P. xuthus独特眼睛的启发，开发出了一种可以检测紫外线的新型相机传感器。最近发表在《科学进展》上的新设备扩展了实时光学传感器的功能，其荧光晶体层使其对紫外线 (UV) 敏感。这种设计模仿了P. xuthus眼中荧光化合物的功能，可能有助于开发新的医疗设备和成像技术。

　　蝴蝶之所以能够看到紫外线，是因为有两种互补的机制。其中一个是眼睛中的一组细胞，就像人眼中最短的视锥细胞一样，对蓝光最敏感，但对近蓝色紫外线也部分敏感。然而，为了看到 UVA 和 UVB 范围内较短波长的光280 至 400 nm，蝴蝶使用了一个巧妙的技巧：昆虫眼睛内含有荧光染料的细胞在受到紫外线辐射激发时会辐射出一条绿光。这些染料将原本不可见的紫外线转化为蝴蝶可以看到的信号。

　　UIUC 教授、本研究的作者之一维克托·格鲁耶夫 ( Viktor Gruev)表示，在计算机中模仿P. xuthus视觉系统的想法源于他与生物学家多年来研究不同动物如何视觉的合作。“我已经与视觉生物学家合作了十多年，”格鲁耶夫说，他之前的合作已经生产了其他仿生相机。“作为一名工程师，你总是想知道：我们可以模仿这些视觉系统的哪些原理来制造更好的相机？”

　　UIUC 团队使用分层 CMOS 设计和顶层荧光钙钛矿晶体构建了传感器。与Foveon芯片类似，传感器的三个感光层将可见光光谱分为三个波段，峰值灵敏度为蓝色、绿色和红色。这些波段由每层的宽度和位置决定，红光穿透到最低的传感器层，蓝光仅激活最高层。

　　虽然这种 CMOS 传感器排列确实模仿了xuthus眼睛中分层感光细胞的部分紫外线敏感性，但 UIUC 芯片的真正魔力来自于传感器表面沉积的一层钙钛矿晶体。钙钛矿纳米晶体 ( CsPbBr 3 ) 在紫外线辐射下发出荧光，并对可见光透明。当受到紫外线照射时，这种荧光会使晶体层发出绿光。

　　就像P. xuthus眼睛中发现的荧光染料一样，钙钛矿纳米晶体将入射的紫外线转换为 CMOS 传感器已经响应的波长。与蓝波段传感器层对近紫外光的部分敏感性相结合，钙钛矿荧光使传感器能够在其表面的任何点实时解析精确的紫外光波长小至 250 nm。“在两种成分中检测到紫外线，”伊利诺伊大学香槟分校教授、该论文的另一位作者聂树明说。“第一个是纳米晶体吸收的紫外线，将其转化为可见信号在我们的例子中为绿色，然后由光电二极管接收。还有残留的紫外线被顶层光电二极管拾取。我们可以使用这两者的比率来计算紫外线波长。”

　　研究人员表示，这是紫外线传感技术的一大进步。“据我所知，没有一种紫外线传感技术能够同时为您提供具有精确波长分辨率的实时 2D 图像，”Gruev 说道。“紫外光谱仪可以为您提供更多光谱信息，但仅限于单个点。”

　　研究人员提出，他们的快速、灵活的传感器具有直接的生物医学应用。癌细胞过量产生某些种类的蛋白质和氨基酸，在受到辐射时会在紫外线光谱中发出荧光。临床设备可以利用这一原理快速、直接地检测癌组织。研究人员在论文中表明，该设备可以解析癌症指示蛋白和氨基酸酪氨酸、弹性蛋白、色氨酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH) 的独特荧光紫外线特征。他们还表明，该设备可以根据紫外荧光区分实验室培养的癌细胞和非癌细胞。

　　在未来的工作中，研究人员计划通过添加多个在不同波段发出荧光的钙钛矿晶体层来扩展他们的设计，这将提供更好的紫外线波长分辨率。“解析波长的更好方法是使用双色纳米晶体，”Nie说。“这为您提供了更多的空间、更多的空间来解析紫外线波长。” Nie说，添加更多颜色调整的晶体层将提高该设备的癌症检测能力。“只有一层纳米晶体，”他继续说道，“肿瘤细胞中氨基酸的一些紫外线信号聚集在一起。如果我们使用双色晶体，它们就可以更好地分离。”

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