Die Netzhaut unserer Augen kann nur Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 Nanometer erkennen. Dieses Lichtspektrum reicht von blau bis rot. Das kurzwelligere UV-Licht sowie das langwelligere Infrarotlicht sind für uns hingegen normalerweise unsichtbar. Nachtsichtgeräte, die Infrarotlicht in sichtbares Licht umwandeln, können unseren Sichtbereich allerdings vergrößern und uns ermöglichen, auch im Dunkeln etwas zu sehen. Bislang gibt es solche Geräte aber nur als Ferngläser oder Brillen, die relativ klobig und unpraktisch zu tragen sind oder eine externe Stromquelle erfordern.
Aus Infrarot wird sichtbares Licht
Forschende um Yuqian Ma von der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie in Hefei haben nun Nachtsicht-Kontaktlinsen entwickelt, die mehr Komfort bieten und vielseitig einsetzbar sind. Dafür verwendeten sie das flexible Polymermaterial pHEMA, das auch zur Herstellung von weichen Standard-Kontaktlinsen genutzt wird, und kombinierten dieses mit speziellen Nanopartikeln bestehend aus Gold, Natriumgadoliniumfluorid sowie Ytterbium- und Erbium-Ionen (Au/NaGdF4: Yb3+, Er3+). Diese nur 45 Nanometer kleinen Partikel absorbieren Nahinfrarotlicht im Bereich zwischen 800 und 1600 Nanometer und wandeln es in Licht mit für uns sichtbaren Wellenlängen um. In früheren Studien hatte das Team diese Partikel bereits in die Netzhaut von Mäusen injiziert und ihnen so Infrarotsehen ermöglicht.
Nun haben Ma und seine Kollegen die Partikel in Kontaktlinsen eingebaut und deren Funktion in einer Reihe von Experimenten bei verschiedenen Lichtverhältnissen an Menschen und Mäusen getestet. Die Tests ergaben, dass die Nachtsicht-Kontaktlinsen ähnliche mechanische und chemische Eigenschaften aufweisen und einen ähnlichen Tragekomfort bieten wie normale Kontaktlinsen. Das Verhalten der mit solchen Infrarot-Kontaktlinsen ausgestatteten Mäuse legt nahe, dass sie damit tatsächlich Infrarotwellenlängen sehen können. Sie bevorzugten dann beispielsweise eine Box mit Infrarotbeleuchtung gegenüber einer dunklen Box. Zudem verengten sich im Infrarotlicht die Pupillen der Kontaktlinsenträger und in ihrem Gehirn war dann das visuelle Verarbeitungszentrum im Kortex aktiv, wie entsprechende Tests ergaben.
Im Dunkeln sehen
Mit den neuartigen Kontaktlinsen ausgestattete Menschen konnten ebenfalls im Dunkeln sehen. Sie erkannten beispielsweise das Morse-Muster blinkender Infrarot-Signale, Buchstaben und geometrische Muster und aus welcher Richtung diese Signale jeweils kamen. „Es ist völlig klar: Ohne die Kontaktlinsen kann der Proband nichts sehen, aber wenn er sie aufsetzt, kann er das Flackern des Infrarotlichts deutlich erkennen“, berichtet Seniorautor Tian Xue von der Chinesischen Universität für Wissenschaft und Technologie. Das normale Sehen im Hellen wurde durch die transparenten Kontaktlinsen nicht beeinträchtigt. Demnach können Mäuse und Menschen mit den Sehhilfen sowohl im Hellen als auch im Dunkeln sehen.
