Infraroodcontactlenzen laten mensen in het donker zien, zelfs met hun ogen gesloten

Neurowetenschappers en materiaalwetenschappers hebben contactlenzen gemaakt die infraroodzicht bij zowel mensen als muizen mogelijk maken door infraroodlicht om te zetten in zichtbaar licht. In tegenstelling tot Infrared Night Vision Goggles, de contactlenzen, beschreven in het tijdschrift Celvereisen geen stroombron – en ze stellen de drager in staat om meerdere infraroodgolflengten waar te nemen. Omdat ze transparant zijn, kunnen gebruikers zowel infrarood als zichtbaar licht tegelijkertijd zien, hoewel het infraroodzicht werd verbeterd toen de deelnemers hun ogen hadden gesloten.

“Ons onderzoek opent het potentieel voor niet-invasieve draagbare apparaten om mensen supervisie te geven”, zegt senior auteur Tian Xue, een neurowetenschapper aan de University of Science and Technology of China. “Er zijn meteen veel potentiële toepassingen voor dit materiaal. Flikkerend infraroodlicht kan bijvoorbeeld worden gebruikt om informatie te verzenden in beveiliging, redding, codering of anti-counterfeiting-instellingen.”

De contactlenstechnologie maakt gebruik van nanodeeltjes die infraroodlicht absorberen en omzetten in golflengten die zichtbaar zijn voor zoogdierogen (bijv. Elektromagnetische straling in het bereik van 400 – 700 nm). De nanodeeltjes maken specifiek de detectie van “bijna-infrarood licht” mogelijk, dat infraroodlicht is in het bereik van 800-1600 nm, net verder dan wat mensen al kunnen zien.

Het team toonde eerder aan dat deze nanodeeltjes infrarood visie bij muizen mogelijk maken wanneer ze in het netvlies worden geïnjecteerd, maar ze wilden een minder invasieve optie ontwerpen.

Om de contactlenzen te maken, combineerde het team de nanodeeltjes met flexibele, niet -toxische polymeren die worden gebruikt in standaard zachte contactlenzen. Nadat ze hebben aangetoond dat de contactlenzen niet -toxisch waren, testten ze hun functie bij zowel mensen als muizen.

Ze ontdekten dat muizen met lens-dragende muizen gedrag vertoonden dat suggereerde dat ze infraroodgolflengten konden zien. Toen de muizen bijvoorbeeld de keuze kregen voor een donkere doos en een infrarood-verlichte doos, kozen contact-dragende muizen voor de donkere doos, terwijl contactloze muizen geen voorkeur vertoonden.

De muizen vertoonden ook fysiologische signalen van infraroodvisie: de leerlingen van contact-dragende muizen die worden beperkt in aanwezigheid van infraroodlicht, en hersenbeeldvorming onthulden dat infraroodlicht ervoor zorgde dat hun visuele verwerkingscentra oplichtten.

Bij mensen konden de infraroodcontactlenzen deelnemers nauwkeurig knipperende Morse-code-achtige signalen detecteren en de richting van inkomende infraroodlicht waarnemen.

“Het is helemaal duidelijk: zonder de contactlenzen kan het onderwerp niets zien, maar wanneer ze ze aanzetten, kunnen ze duidelijk het flikkeren van het infraroodlicht zien,” zei Xue.

“We hebben ook geconstateerd dat wanneer het onderwerp hun ogen sluit, ze nog beter in staat zijn om deze flikkerende informatie te ontvangen, omdat bijna-infrarood licht het ooglid effectiever doordringt dan zichtbaar licht, dus er is minder interferentie van zichtbaar licht.”

Met een extra tweak aan de contactlenzen kunnen gebruikers onderscheid maken tussen verschillende spectra van infraroodlicht door de nanodeeltjes te engineerden om verschillende infraroodgolflengten te kleuren. Infraroodgolflengten van 980 nm werden bijvoorbeeld omgezet in blauw licht, golflengten van 808 nm werden omgezet in groen licht en golflengten van 1.532 nm werden omgezet in rood licht.

Naast het in staat stellen van dragers om meer details in het infraroodspectrum te waarnemen, kunnen deze kleurcoderende nanodeeltjes worden aangepast om kleurblind mensen te helpen golflengten te zien die ze anders niet zouden kunnen detecteren.

“Door rood zichtbaar licht om te zetten in zoiets als groen zichtbaar licht, kan deze technologie het onzichtbare zichtbaar maken voor kleurblinde mensen”, zegt Xue.

Omdat de contactlenzen een beperkt vermogen hebben om fijne details vast te leggen (vanwege hun nabijheid van het netvlies, waardoor de geconverteerde lichtdeeltjes zich verspreiden), ontwikkelde het team ook een draagbaar glassysteem met behulp van dezelfde nanodeeltje technologie, waardoor deelnemers in staat zijn om infraroodinformatie met hogere resolutie te waarnemen.

Momenteel zijn de contactlenzen alleen in staat om infraroodstraling te detecteren die wordt geprojecteerd door een LED -lichtbron, maar de onderzoekers werken aan het vergroten van de gevoeligheid van de nanodeeltjes zodat ze lagere niveaus van infraroodlicht kunnen detecteren.

“In de toekomst hopen we, door samen te werken met materiaalwetenschappers en optische experts, een contactlens te maken met een precieze ruimtelijke resolutie en hogere gevoeligheid”, zegt Xue.