Knappe materiaalwetenschappers hebben contactlenzen gemaakt die infraroodzicht mogelijk maken, zelfs als je je ogen dichthoudt.
Je denkt misschien: maar er bestaan toch al lang infraroodnachtkijkers? Dat is waar, maar die hebben batterijen nodig en werken slechts op één infrarode golflengte. En omdat de lenzen transparant zijn kun je zowel infrarood als normaal zichtbaar licht zien. Het infraroodzicht is overigens wel beter met je ogen dicht.
Nanodeeltjes
“Ons onderzoek opent de deur naar niet-invasieve draagbare apparaten die mensen supervisie geven”, zegt hoofdauteur Tian Xue, neurowetenschapper aan de University of Science and Technology in China. “Er zijn meteen veel potentiële toepassingen voor dit materiaal. Zo kan flikkerend infrarood licht gebruikt worden om informatie door te geven in beveiligingssituaties.”
De contactlenstechnologie maakt gebruik van nanodeeltjes die infrarood licht absorberen en omzetten in golflengten die zichtbaar zijn voor zoogdierogen, bijvoorbeeld elektromagnetische straling in het bereik van 400 tot 700 nanometer. De nanodeeltjes maken specifiek de detectie mogelijk van nabij-infrarood licht. Dit is infrarood licht in het 800-1600 nm bereik, net voorbij wat mensen al kunnen zien.
Liever een donkere doos
Het team toonde eerder aan dat deze nanodeeltjes infraroodzicht bij muizen mogelijk maken wanneer ze in het netvlies worden geïnjecteerd, maar ze wilden een minder invasieve optie ontwerpen. Om de contactlenzen te maken, combineerden de onderzoekers de nanodeeltjes met flexibele, niet-giftige polymeren die worden gebruikt in standaard zachte contactlenzen.
Nadat ze hadden aangetoond dat de contactlenzen niet giftig waren, testten ze hun werking bij zowel mensen als muizen. Ze ontdekten dat muizen die contactlenzen droegen gedrag vertoonden dat erop wees dat ze infrarode golflengten konden zien. Toen de muizen bijvoorbeeld de keuze kregen tussen een donkere doos en een doos met infraroodverlichting, kozen de contactlensdragende muizen voor de donkere doos, terwijl contactlensloze muizen geen voorkeur hadden. De muizen vertoonden ook fysiologische signalen van infrarood zicht: de pupillen van lensdragende muizen vernauwden zich in de aanwezigheid van infrarood licht en hersenscans toonden aan dat infrarood licht hun visuele verwerkingscentra liet oplichten.
Oplossing voor kleurenblindheid
Bij mensen stelden de contactlenzen de deelnemers in staat om knipperende morsecode-achtige signalen nauwkeurig te detecteren en de richting van inkomend infrarood licht waar te nemen. “Het is heel duidelijk: zonder de contactlenzen kunnen de deelnemers niets zien, maar als ze de lenzen indoen, kunnen ze duidelijk het flikkeren van het infrarode licht waarnemen”, zei Xue, wiens studie in vakblad Cell verscheen. “We ontdekten ook dat als de proefpersoon zijn ogen sluit, hij nog beter in staat is om deze flikkerende informatie te ontvangen, omdat nabij-infrarood licht effectiever door het ooglid dringt dan zichtbaar licht, dus er is minder interferentie met zichtbaar licht.”
Een extra aanpassing aan de contactlenzen stelt gebruikers in staat om onderscheid te maken tussen verschillende spectra van infrarood licht door de nanodeeltjes zo te ontwikkelen dat ze verschillende infrarode golflengten van een kleurcode voorzien. Zo werden infrarode golflengten van 980 nm omgezet in blauw licht, golflengten van 808 nm in groen licht en golflengten van 1.532 nm in rood licht. Zo kunnen de lensdragers meer details in het infraroodspectrum waarnemen en kunnen bijvoorbeeld kleurenblinden golflengten zien die ze anders niet konden waarnemen. “Door rood zichtbaar licht om te zetten in bijvoorbeeld groen zichtbaar licht, kan deze technologie het onzichtbare zichtbaar maken voor kleurenblinde mensen”, zegt Xue.
Hogere resolutie
Klein nadeeltje: de contactlenzen kunnen slechts in beperkte mate fijne details waarnemen. Dat komt door de nabijheid van het netvlies, waardoor de geconverteerde lichtdeeltjes verstrooien. Daarom ontwikkelde het team ook een bril met dezelfde nanodeeltjestechnologie, waarmee deelnemers infraroodinformatie met een hogere resolutie konden waarnemen.
Op dit moment kunnen de contactlenzen alleen infrarode straling detecteren die geprojecteerd wordt door een LED-lichtbron, maar de onderzoekers werken aan het verhogen van de gevoeligheid van de nanodeeltjes, zodat ze lagere niveaus van infrarood licht kunnen detecteren. “In de toekomst hopen we, door samen te werken met materiaalwetenschappers en optische experts, een contactlens te maken met een preciezere ruimtelijke resolutie en een hogere gevoeligheid”, besluit Xue.
