Contactlenzen stellen mensen in staat om infrarood licht in kleur waar te nemen

Mensen nemen normaal gesproken licht waar tussen 400 nm en 700 nm. Een team onder leiding van Yuqian Ma heeft dat bereik nu uitgebreid door te ontwikkelen zachte contactlenzen te ontwikkelen die nabij-infrarood (NIR) fotonen omzetten in zichtbaar licht, waardoor dragers zonder operatie direct NIR-zicht krijgen.

De lenzen bevatten upconversie nanodeeltjes in een poly-HEMA matrix. Door de brekingsindex van het polymeer af te stemmen op de deeltjes en de hoeveelheid nanodeeltjes op zeven massaprocent te houden, behielden de auteurs meer dan 85 procent transparantie in het zichtbare spectrum. Mechanische tests toonden flexibiliteit en vermoeidheidsweerstand die vergelijkbaar waren met commerciële brillenglazen, en zes uur durende oculaire veiligheidstests bij muizen toonden geen bijkomende cornea-apoptose of netvliesontsteking aan.

Elektroretinografie registreerde normale reacties op zichtbaar licht plus duidelijke NIR-reacties, alleen wanneer de lenzen aanwezig waren. Muizen die de lenzen droegen vernauwden hun pupillen onder 980 nm verlichting, vermeden een NIR-verlichte kamer en gebruikten NIR flikkering om aan de schok te ontsnappen. Deze effecten hielden aan met gehechte oogleden, wat consistent is met een ooglidtransmissie van 23 procent bij 980 nm versus 0,4 procent bij 535 nm.

Menselijke vrijwilligers lieten vergelijkbare resultaten zien. Lensdragers detecteerden NIR-flitsen in het donker en bij 300 lux omgevingslicht; het sluiten van de ogen verminderde de NIR-gevoeligheid nauwelijks, maar onderdrukte de gevoeligheid voor zichtbaar licht met twee orden van grootte. Hun NIR-flikkerdrempel kwam overeen met de zichtbare benchmark en ze decodeerden morse-achtige sequenties net zo nauwkeurig als met zichtbaar licht. Een externe brilmodule met drie lenzen projecteerde NIR-scènes door een vlakke up-conversiefilm, wat een ruimtelijke-resolutielimiet van bijna 65 cycli per graad opleverde en herkenning van eenvoudige NIR-regel-, letter- en vormpatronen mogelijk maakte.

Door de conventionele nanodeeltjes te vervangen door een trichromatisch, orthogonaal aangeslagen ontwerp werd kleur toegevoegd. Afzonderlijke excitaties van 808 nm, 980 nm en 1532 nm produceerden respectievelijk geïsoleerde groene, blauwe en rode emissies. Kleurvergelijkingstests toonden aan dat gebruikers deze drie "primaire" NIR-kanalen konden mengen om het volledige chromaticagamma van NTSC-formaat te reproduceren en meerkleurige symbolen, zinnen gecodeerd door gecombineerde kleur- en tijdsaanduidingen en reflecterende objecten waarvan de NIR-tinten verschilden van hun zichtbare uiterlijk, te onderscheiden.

Houd er rekening mee dat lenzen nog jaren op zich laten wachten - problemen zoals lage gevoeligheid zonder actieve NIR-verlichting, inherente resolutielimieten, problemen met kleurconsistentie en de behoefte aan bredere menselijke testen moeten worden opgelost. Slimme brillen met NIR-camera's en -displays kunnen binnen een paar jaar bij de consument zijn, terwijl er voor upconverterende contactlenzen waarschijnlijk nog vele jaren aan materialen, optica en regelgeving nodig is.