Chinesische Infrarot-Kontaktlinsen ermöglichen Sehen mit geschlossenen Augen

Neurowissenschaftler und Materialwissenschaftler haben Kontaktlinsen entwickelt, die sowohl Menschen als auch Mäusen Infrarotsehen ermöglichen, indem sie Infrarotlicht in sichtbares Licht umwandeln. Im Gegensatz zu Infrarot-Nachtsichtbrillen benötigen die Kontaktlinsen, die am 22. Mai in der Fachzeitschrift „Cell Press“ beschrieben wurden , keine Stromquelle und ermöglichen dem Träger die Wahrnehmung mehrerer Infrarotwellenlängen. Da sie transparent sind, können Träger sowohl Infrarot- als auch sichtbares Licht gleichzeitig sehen. Das Infrarotsehen war jedoch verstärkt, wenn die Teilnehmer die Augen geschlossen hatten. 

„Unsere Forschung eröffnet das Potenzial für nicht-invasive tragbare Geräte, die Menschen Supervision ermöglichen“, sagt Hauptautor Tian Xue, Neurowissenschaftler an der University of Science and Technology of China. „Für dieses Material gibt es bereits viele potenzielle Anwendungen. Beispielsweise könnte flackerndes Infrarotlicht zur Informationsübertragung in den Bereichen Sicherheit, Rettung, Verschlüsselung oder Fälschungsschutz eingesetzt werden.“

Die Kontaktlinsentechnologie nutzt Nanopartikel, die Infrarotlicht absorbieren und in für Säugetieraugen 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 800–1600 nm, knapp oberhalb der menschlichen Sehfähigkeit. Das Team hatte bereits gezeigt, dass diese Nanopartikel bei Mäusen Infrarotsehen ermöglichen, wenn sie in die Netzhaut injiziert werden. Das Team wollte jedoch eine weniger invasive Option entwickeln. 

Zur Herstellung der Kontaktlinsen kombinierte das Team die Nanopartikel mit flexiblen, ungiftigen Polymeren, die in herkömmlichen weichen Kontaktlinsen verwendet werden. Nachdem die Ungiftigkeit der Kontaktlinsen nachgewiesen war, testete das Team ihre Funktion an Menschen und Mäusen.

Sie fanden heraus, dass Mäuse mit Kontaktlinsen Verhaltensweisen zeigten, die darauf hindeuteten, dass sie Infrarotwellenlängen sehen konnten. Beispielsweise wählten Mäuse mit Kontaktlinsen die dunkle Box, als sie die Wahl zwischen einer dunklen und einer infrarotbeleuchteten Box hatten, während Mäuse ohne Kontaktlinsen keine Präferenz zeigten. Die Mäuse zeigten auch physiologische Signale des Infrarotsehens: Die Pupillen der Mäuse mit Kontaktlinsen verengten sich bei Infrarotlicht, und Gehirnaufnahmen zeigten, dass Infrarotlicht ihre visuellen Verarbeitungszentren aktivierte. 

Beim Menschen ermöglichten die Infrarot-Kontaktlinsen den Versuchsteilnehmern, blinkende, morsecodeähnliche Signale präzise zu erkennen und die Richtung des einfallenden Infrarotlichts wahrzunehmen. „Es ist völlig klar: Ohne Kontaktlinsen kann die Versuchsperson nichts sehen, aber mit den Kontaktlinsen kann sie das Flackern des Infrarotlichts deutlich wahrnehmen“, sagte Xue. „Wir haben außerdem festgestellt, dass die Versuchspersonen diese flackernden Informationen noch besser empfangen können, wenn sie die Augen schließen, da Nahinfrarotlicht das Augenlid besser durchdringt als sichtbares Licht, sodass es weniger Störungen durch sichtbares Licht gibt.“ 

Eine weitere Verbesserung der Kontaktlinsen ermöglicht es Nutzern, zwischen verschiedenen Infrarotspektren zu unterscheiden. Die Nanopartikel wurden so modifiziert, dass sie verschiedene Infrarotwellenlängen farbkodieren. Beispielsweise wurden Infrarotwellenlängen von 980 nm in blaues Licht, Wellenlängen von 808 nm in grünes Licht und Wellenlängen von 1.532 nm in rotes Licht umgewandelt. Diese farbkodierenden Nanopartikel ermöglichen es Trägern nicht nur, mehr Details im Infrarotspektrum wahrzunehmen, sondern könnten auch so modifiziert werden, dass farbenblinde Menschen Wellenlängen erkennen können, die sie sonst nicht wahrnehmen könnten.

„Durch die Umwandlung von rotem sichtbarem Licht in etwas wie grünes sichtbares Licht 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 die Kontaktlinsen nur die von einer LED-Lichtquelle ausgehende Infrarotstrahlung erkennen. Die Forscher arbeiten jedoch daran, die Empfindlichkeit der Nanopartikel zu erhöhen, sodass sie auch geringere Mengen an Infrarotlicht erkennen können. 

DOI
10.1016/j.cell.2025.04.019