Neue Technologie: Kontaktlinsen ermöglichen Infrarot-Sehen – sogar mit geschlossenen Augen

Chinesische Forscher haben Kontaktlinsen entwickelt, die das Sehen im Infrarotbereich ermöglichen – und sie funktionieren sogar, wenn die Augen geschlossen sind.

Wissenschaftlern der University of Science and Technology of China (USTC) in Hefei haben Kontaktlinsen mit Nanopartikeln versehen, welche Nahinfrarotlicht im Bereich von 800 bis 1600 Nanometern in kurzwelliges, sichtbares Licht im Bereich von 400 bis 700 Nanometern umwandeln können. Dieses ist für Menschen sichtbar.

Die Technologie, über die in der Fachzeitschrift „Cell“ berichtet wurde, „ist unglaublich cool, wie aus einem Science-Fiction-Film“, sagt Xiaomin Li, Chemiker an der Fudan-Universität in Shanghai, China. Es eröffnet „neue Möglichkeiten, die Welt um uns herum zu verstehen“, fügt er hinzu.

Vor- und Nachteile

Nahinfrarotlicht liegt knapp außerhalb des Wellenlängenbereichs, den der Mensch normalerweise wahrnehmen kann. Einige Tiere können infrarotes Licht sehen, wenn auch wahrscheinlich nicht gut genug, um Bilder zu erzeugen.

Nachtsichtgeräte ermöglichen es Menschen, Infrarotstrahlung zu sehen, aber sie sind sperrig und benötigen eine Stromquelle, um zu funktionieren. Laut den Forschern umgehen die neuen Kontaktlinsen diese Einschränkungen und bieten gleichzeitig reichhaltigere, mehrfarbige Infrarotbilder. Diese bieten Nachtsichtgeräte, die mit einer monochromen grünen Skala arbeiten, in der Regel nicht.

Brandneue Farben durch Überlistung der menschlichen Augen mit einem Laser

Allerdings räumen die Wissenschaftler ein, dass die Linsen auch Schwächen haben. Da die eingebetteten Nanopartikel das Licht streuen, sind die Bilder, die die Linsen erzeugen, unscharf. Das Team hat dies teilweise korrigiert, indem es die Technologie in Brillen mit zusätzlichen Linsen eingebaut hat, die das Licht umlenken. Im Gegensatz zu Nachtsichtbrillen, die das Licht verstärken, um schwache Infrarotsignale zu erkennen, können die Kontaktlinesen außerdem nur intensive Infrarotsignale sehen, wie sie von Leuchtdioden (LEDs) ausgesendet werden.

Aus diesen Gründen glauben einige Kritiker nicht, dass sich die Linsen als nützlich erweisen werden. „Ich kann mir keine Anwendung vorstellen, die mit einer Infrarotbrille nicht wesentlich einfacher wäre“, meint Glen Jeffery, ein Neurowissenschaftler am University College London, der sich auf die Gesundheit der Augen spezialisiert hat. „Die Evolution hat dies aus gutem Grund vermieden.“

Dennoch sind die Autoren der Meinung, dass ihre Linsen noch weiter optimiert werden können. Sie sehen mehrere mögliche Einsatzgebiete für die Erfindung vor. So könnten die Träger beispielsweise Fälschungsschutzmarken lesen, die Infrarot-Wellenlängen aussenden, aber ansonsten für das menschliche Auge unsichtbar sind, erzählt Mitautor Yuqian Ma, ein Neurowissenschaftler am USTC.

Li, der nicht an der Arbeit beteiligt war, schlägt eine weitere Möglichkeit vor: Die Linsen könnten von Ärzten getragen werden, die eine Nah-Infrarot-Fluoreszenz-Operation durchführen, um krebsartige Läsionen direkt zu erkennen und zu entfernen, „ohne auf sperrige herkömmliche Geräte angewiesen zu sein“.

Ein erhebender Moment

Bei der Entwicklung der Kontaktlinsen stützten sich die Wissenschaftler auf frühere Forschungsarbeiten, bei denen sie Mäusen durch Injektion von Nanopartikeln in die Netzhaut der Tiere Infrarotsehen verliehen hatten. Diesmal wählten sie einen weniger invasiven Ansatz. Sie fügten Nanopartikel aus Seltenerdmetallen wie Ytterbium und Erbium zu einer Lösung aus Polymerbausteinen hinzu, um die weichen Linsen zu bilden. Anschließend testeten sie diese auf ihre Sicherheit.

Die größte Herausforderung bestand laut Ma darin, genügend Nanopartikel in die Linsen zu packen, um genügend Infrarotlicht in erkennbares sichtbares Licht umzuwandeln. Dabei durften sich die optischen Eigenschaften der Linsen, einschließlich ihrer Transparenz, nicht verändern.

Tests an Mäusen zeigten, dass die Tiere mit den Linsen dazu neigten, eine dunkle, als „sicher“ geltende Box einer mit Infrarotlicht beleuchteten vorzuziehen. Während Mäuse ohne die Linsen keine der beiden Boxen bevorzugten. Menschen, die die Linsen trugen, konnten das flackernde Infrarotlicht einer LED gut genug sehen, um sowohl Morsecode-Signale zu empfangen als auch zu erkennen, aus welcher Richtung die Signale kamen. Die Leistung der Linsen verbesserte sich sogar, wenn die Teilnehmer ihre Augen schlossen. Denn das Nahinfrarotlicht durchdringt leicht die Augenlider, während sichtbares Licht, das die Bildbildung hätte stören können, dies in geringerem Maße tut.

„Zu sehen, wie Menschen mit Kontaktlinsen erfolgreich Infrarotblitze sehen, war zweifellos ein erhebender Moment“, sagt Ma.

Das Team plant nun, Wege zu finden, um mehr Nanopartikel in die Linsen einzubauen. Sie hoffen, Partikel zu entwickeln, die Licht mit höherer Effizienz umwandeln können, um die Empfindlichkeit der Technologie zu verbessern. „Wir haben die physiologischen Grenzen des menschlichen Sehens überwunden, als ob wir ein ganz neues Fenster zur Welt geöffnet hätten“, fügt Ma abschließend hinzu.

(SaS)