Forskare i Kina och USA har utvecklat kontaktlinser som kan se infraröd strålning som är osynlig för blotta ögat. Denna teknik skulle också kunna göra det möjligt för människor att se i mörker utan hjälp av mörkerseendeutrustning.
Man tror att ögonen hos däggdjur, inklusive människor, endast kan uppfatta synligt ljus med våglängder på cirka 400–700 nanometer. Mer än hälften av solljuset består dock av infraröd strålning med våglängder på 700 nanometer eller mer, som ständigt faller till marken som osynlig information.
Djärva försök att se detta område med bara det mänskliga ögat har inte gett resultat. Forskare i Kina och USA har framgångsrikt införlivat ”uppkonverterande nanopartiklar” (UCNP), som omvandlar ljus från det nära infraröda spektrumet till synligt ljus, i mjuka kontaktlinser. Denna teknik skulle kunna ge människor förmågan att se i mörker utan externa hjälpmedel.
Kontaktlinserna, som kallas ”uppkonverterande kontaktlinser” (UCL), behöver ingen strömkälla, till skillnad från mörkerseendehjälpmedel, och kan känna igen flera infraröda våglängder samtidigt. De stör inte heller det normala seendet med synligt ljus. ”Den icke-invasiva bärbara enheten kommer att hjälpa människor att få en ’övervakning’”, förklarar Xue Tian, forskare i neurovetenskap vid China University of Science and Technology.
Omvandla infrarött ljus till de tre primära färgerna
UCNP, en nyckelkomponent i infraröd syn, absorberar nära infrarött ljus med våglängder mellan 800 och 1600 nanometer och omvandlar det till synligt ljus med våglängder mellan 400 och 700 nanometer. I de tidiga faserna var det möjligt att till viss del urskilja dessa skillnader, eftersom färgningen efter omvandlingen skilde sig något beroende på våglängden. Omvandlingseffektiviteten och färgrenheten var dock begränsad vid den tiden, och det uppstod visuell förvirring när flera våglängder var närvarande samtidigt.
Därför förbättrade Shue och hans team nanopartiklarnas struktur genom att dela upp dem i tre lager, som var och en svarar på en annan infraröd våglängd och tydligt kan avge synligt ljus. Till exempel är våglängderna 808 nanometer gröna, 980 nanometer blå och 1 532 nanometer röda. Detta gör det möjligt att identifiera infraröda våglängder med hög färgskärpa.
Kontaktlinserna är utformade så att brytningsindex för nanopartiklarna och polymersubstratet överensstämmer, vilket gör det möjligt att känna igen infraröd information utan att störa det normala seendet. Dessutom har baspolymermaterialet affinitet för vatten, vilket gör dem lämpliga för långvarig användning. Nanopartiklarna sprids också jämnt och orsakar inga synförändringar.
Enligt forskarna krympte pupillerna hos laboratoriemöss som fick UCL och utsattes för infraröd strålning, och evoked potentials genererades i hjärnans visuella cortex. Forskarna observerade en infraröd visuell respons även med slutna ögonlock. Detta beror på att nära infraröd strålning lätt tränger igenom huden. Däremot ökar effektiviteten i detekteringen av visuella signaler när ögonlocken är stängda, eftersom det finns mindre störningar från synligt ljus.
Rumslig igenkänning är också möjlig med hjälp av extrautrustning
Tester med försökspersoner har visat att de kan läsa morsealfabetet med blinkande infrarött ljus, upptäcka riktningen för en infraröd ljuskälla och identifiera våglängder efter färg. Å andra sidan konstaterade de också att kontaktlinser sitter för nära näthinnan, vilket begränsar rekonstruktionen av fin rumslig information på grund av spridningen av det omvandlade ljuset.
För att lösa detta problem utvecklade forskarteamet också en glasögonliknande hjälpapparat med UCNP i form av en film inbäddad i tre linser. Med denna anordning kunde de urskilja cirka 65 ljus-/mörkerförändringar per synfältgrad. Detta motsvarar det mänskliga ögats högupplösta synförmåga. Faktum är att försökspersonerna som bar dessa anordningar kunde läsa ord och meningar som var uppbyggda av en kombination av olika infraröda våglängder och blinkande mönster.
UCL:s förmåga att omvandla ljusvåglängder skulle också kunna användas som hjälpmedel för personer med färgblindhet, säger Xue. Om man till exempel omvandlar röda våglängder till gröna skulle färgblinda personer kunna uppfatta färgskillnader bättre.
I nuläget kan UCL dock bara se ljusa ljuskällor, såsom infraröda lysdioder. Forskargruppen arbetar med att förbättra nanopartiklarnas känslighet och optiska design så att de även kan fungera med naturlig infraröd strålning från omgivningen, såsom värme och solljus. I framtiden kommer människor inte bara att kunna se i mörker utan hjälp av utrustning, utan det ”osynliga ljuset” som fyller världen dag och natt kommer att kunna nå det mänskliga ögat som en ny sinnesupplevelse.
