Infrarot-Kontaktlinsen ermöglichen das Sehen im Dunkeln und mit geschlossenen Augen.

Neurowissenschaftler und Materialwissenschaftler haben Kontaktlinsen entwickelt, die das Sehen im Dunkeln auch mit geschlossenen Augen ermöglichen , indem sie Infrarotlicht in sichtbares Licht umwandeln.

Im Gegensatz zu Infrarot-Nachtsichtgeräten benötigen die in der Fachzeitschrift Cell beschriebenen Kontaktlinsen keine Stromquelle und ermöglichen dem Träger die Wahrnehmung mehrerer Infrarot-Wellenlängen . Dank der Transparenz können Benutzer sowohl Infrarot- als auch sichtbares Licht gleichzeitig sehen, wobei sich die Infrarotsicht verbesserte, wenn die Teilnehmer ihre Augen schlossen.

„Unsere Forschung eröffnet das Potenzial für nichtinvasive tragbare Geräte, die Einzelpersonen eine visuelle Überwachung ermöglichen“, sagte der Hauptautor Tian Xue, ein Neurowissenschaftler an der University of Science and Technology of China. „Für dieses Material gibt es viele unmittelbare Anwendungsgebiete. Beispielsweise könnte flackerndes Infrarotlicht zur Informationsübertragung in Bereichen wie Sicherheit, Ransomware, Verschlüsselung oder Fälschungsschutz eingesetzt werden .“

Bei der Kontaktlinsentechnologie kommen Nanopartikel zum Einsatz, die Infrarotlicht absorbieren und in für das Säugetierauge sichtbare Wellenlängen umwandeln (z. B. elektromagnetische Strahlung im Bereich von 400–700 nm). Die Nanopartikel ermöglichen insbesondere die Erkennung von „Nahinfrarotlicht“, also Infrarotlicht im Bereich von 800 bis 1600 nm, knapp über dem, was der Mensch bereits sehen kann.

Das Team hatte zuvor gezeigt, dass diese Nanopartikel bei Mäusen Infrarotsehen ermöglichen, wenn sie in die Netzhaut injiziert werden, aber sie suchten nach einer weniger invasiven Option.

Um die Kontaktlinsen herzustellen, kombinierte das Team die Nanopartikel mit flexiblen, ungiftigen Polymeren, die in herkömmlichen weichen Kontaktlinsen verwendet werden. Nachdem sie seine Ungiftigkeit nachgewiesen hatten, testeten sie seine Funktion sowohl an Menschen als auch an Mäusen.

Sie fanden heraus, dass Mäuse, die Kontaktlinsen trugen, Verhaltensweisen zeigten, die darauf hindeuteten, dass sie Infrarotwellenlängen sehen konnten. Beispielsweise entschieden sich Mäuse mit Kontaktlinsen bei der Wahl zwischen einer dunklen und einer mit Infrarotlicht beleuchteten Box für die dunkle Box, während Mäuse ohne Kontaktlinsen keine Präferenz zeigten.

Die Mäuse zeigten auch physiologische Anzeichen von Infrarotsehen: Die Pupillen der Mäuse, die Kontaktlinsen trugen, verengten sich in Gegenwart von Infrarotlicht, und Bildgebung des Gehirns zeigte, dass Infrarotlicht eine Aktivierung ihrer visuellen Verarbeitungszentren auslöste . Bei Menschen ermöglichten Infrarot-Kontaktlinsen den Teilnehmern, Morsecode-ähnliche Flackersignale genau zu erkennen und die Richtung des einfallenden Infrarotlichts wahrzunehmen.

„Es ist völlig offensichtlich: Ohne Kontaktlinsen kann die Versuchsperson nichts sehen, aber wenn sie diese aufsetzt, kann sie das Flackern von Infrarotlicht deutlich wahrnehmen“, sagte Xue.

„Wir haben außerdem festgestellt, dass die Versuchsperson diese flackernden Informationen besser empfangen kann, wenn sie die Augen schließt, da Nahinfrarotlicht das Augenlid effektiver durchdringt als sichtbares Licht und es daher weniger Störungen durch sichtbares Licht gibt.“

Eine weitere Modifikation von Kontaktlinsen ermöglicht es dem Träger, zwischen verschiedenen Spektren von Infrarotlicht zu unterscheiden, indem die Nanopartikel so konstruiert werden, dass sie die verschiedenen Infrarotwellenlängen farblich kennzeichnen. Beispielsweise wurden Infrarotwellenlängen von 980 nm in blaues Licht, solche von 808 nm in grünes Licht und solche von 1532 nm in rotes Licht umgewandelt.

Diese farbkodierenden Nanopartikel ermöglichen es den Benutzern nicht nur, mehr Details im Infrarotspektrum wahrzunehmen, sie könnten auch so modifiziert werden, dass farbenblinde Menschen Wellenlängen erkennen können, die sie sonst nicht wahrnehmen könnten.

„ Durch die Umwandlung von sichtbarem rotem Licht in etwas, das sichtbarem grünem Licht ähnelt, könnte diese Technologie das Unsichtbare für farbenblinde Menschen sichtbar machen “, sagt Xue.

Da Kontaktlinsen nur begrenzt in der Lage sind, feine Details zu erfassen (aufgrund ihrer Nähe zur Netzhaut, die eine Streuung der umgewandelten Lichtpartikel verursacht), entwickelte das Team mithilfe der gleichen Nanopartikeltechnologie auch ein tragbares Glassystem, das es den Teilnehmern ermöglichte, Infrarotinformationen mit höherer Auflösung wahrzunehmen.

Derzeit können Kontaktlinsen nur die von einer LED-Lichtquelle ausgehende Infrarotstrahlung erkennen , Forscher arbeiten jedoch daran, die Empfindlichkeit von Nanopartikeln zu erhöhen, damit sie geringere Mengen an Infrarotlicht erkennen können.

„In der Zukunft hoffen wir, durch die Zusammenarbeit mit Materialwissenschaftlern und Optikexperten eine Kontaktlinse mit präziserer räumlicher Auflösung und höherer Empfindlichkeit entwickeln zu können“, so Xue abschließend.