Supervision opnået gennem infrarøde kontaktlinser

Vi får måske ikke røntgensyn som Superman lige foreløbig, men det er på tide, at vi får supervision. 

For at gøre denne supervision eller nærinfrarøde (NIR) vision til en mulighed, har materialeforskere og neurovidenskabsfolk udviklet kontaktlinser¹, der tillader infrarødt syn i mus såvel som i mennesker. Dette er opnået ved at omdanne infrarødt (IR) lys til det lys, vi kan se.

Infrarødt (IR) lys er en type elektromagnetisk stråling, der har bølgelængder længere end synligt lys, men kortere end mikrobølger.

Det synlige lysspektrum spænder fra omkring 400 til 700 nanometer (nm), og inden for dette område har forskellige farver forskellige bølgelængder, hvor rød har den længste og violet den korteste.

Uden for det synlige spektrum ligger infrarøde (IR) bølgelængder i intervallet 750 nm til 2,5 μm (mikrometer). Bølgelængden for nærinfrarødt (NIR) lys er i intervallet 800-1600 nm.

Derefter er der ultraviolet (UV), som har kortere bølgelængder end synligt lys, fra 10 nm til 400 nm. Bølgelængdeområdet for røntgenstråler er cirka 0,01 til 10 nanometer.

Så de kontaktlinser, som forskerne har skabt, gør det muligt for brugerne at se mange infrarøde bølgelængder, som vores blotte øjne ikke kan. Desuden har de ikke brug for en strømkilde, ligesom infrarøde nattevisionsbriller gør.

I betragtning af at disse linser er transparente, kan brugeren faktisk se både synligt og infrarødt lys på samme tid. Infrarødt syn forbedres faktisk, når brugerne lukker øjnene. Ifølge seniorforfatter Tian Xue, som er neurovidenskabsforsker ved University of Science and Technology of China:

“Vores forskning åbner op for potentialet for ikke-invasive bærbare enheder, der kan give folk supervision.” 

Den nye teknologi, der er skabt her, er den bærbare nærinfrarøde (NIR) upconversion kontaktlinse (UCL) med biokompatibilitet, fleksibilitet, hydrofilicitet og optiske egenskaber.

Når han taler om de mange umiddelbare potentielle anvendelser af materialet, pegede Xue på brugen af flimrende infrarødt lys til at overføre information i kryptering, redning, sikkerhed eller anti-forfalsknings-sammenhænge.

Undersøgelsen åbner ifølge forskerne også dørene for brug af polymermaterialer i ikke-invasiv nærinfrarød vision for at hjælpe mennesker med at opfatte såvel som overføre rumlige, tidsmæssige og farvemæssige dimensioner af NIR-lys.

Hvordan nærinfrarøde kontaktlinser forbedrer menneskelig syn

For at mennesker kan forstå verden omkring dem, er de afhængige af deres sanser, herunder synet. Men for at udnytte denne sans, har vi brug for lys. 

Interessant nok er kun en lille del af lyset, vi kan opfatte. Over halvdelen af solens strålingsenergi findes faktisk som infrarødt lys og forbliver uopfatteligt for pattedyr, herunder mennesker, gnavere, flagermus, katte, løver, heste, spækhuggere, oddere, bjørne og blåhvaler, blandt andre.

Vores begrænsning i opfattelsen af lysspektret skyldes de fysiske termodynamiske egenskaber ved de foton‑detekterende opsiner. Som følge heraf mister vi en betydelig mængde sensorisk information, som potentielt kunne være tilgængelig for os.

Værktøjer som nattevisionsbriller (NV) eller infrarød‑synlige konvertere har gjort det muligt for os at se ud over, hvad vores øjne kan opfatte. Disse enheder kræver dog en form for energiforsyning for at fungere. For eksempel bruger NV‑briller batteristrøm, specifikt lithiumbatterier, for at give dem længere levetid.

Derudover kan disse værktøjer ikke skelne mellem infrarød information på tværs af flere spektrer. I tilfælde af infrarød‑synlige konvertere kræver hver af dem en lagdelt struktur, hvilket gør dem uigennemsigtige og vanskelige at integrere med det menneskelige øje.

Forskerteamet har tidligere opnået nærinfrarødt syn i mus. De gjorde det ved at injicere nanopartikler i deres nethinde. Men den kirurgiske invasivitet ved den okulære injektion af nanopartikler er naturligvis sandsynligvis ikke acceptabel for mennesker.

Så ønskede teamet at designe en mindre invasiv mulighed for at levere NIR‑synskapacitet med det blotte øje, hvilket førte dem til kontaktlinser.

For at skabe linserne kombinerede teamet upconversion‑nanopartikler (UCNP’er) med fleksible polymerer, som var ikke‑giftige og anvendt i standard bløde kontaktlinser.

Teamet skal naturligvis udvikle polymernanokompositter, der er egnet til menneskelige øjne, med passende optisk gennemsigtighed, mekaniske egenskaber, biokompatibilitet og hydrofilicitet, som er materialets affinitet til vand. 

Selvom bløde, transparente polymermaterialer allerede er bredt anvendt på dette område, ændrer integration af nanopartikler i polymermaterialer polymerens optiske egenskaber. Så teamet modificerede nanopartiklerne og screenede polymermaterialer baseret på deres brændvidde‑indeksmatching.

Som resultat udviklede teamet NIR‑lyskontaktlinser med over 90 % gennemsigtighed over de fleste bølgelængder ved et UCNP‑masseforhold på 7 %.

Med hensyn til nanopartiklernes biokompatibilitet fandt teamet, at bæring af disse kontaktlinser i 3, 7 og 14 dage ikke forårsagede ændringer i retinal morfologi, corneatykelse eller retinal inflammationsrespons. 

Dog fører konstant brug til en let stigning i cornea‑celleapoptose efter en og to ugers bæring af linserne, noget der også ses med kommercielle kontaktlinser. Ifølge undersøgelsen skyldes dette mekanisk friktion forårsaget af bæring af kontaktlinser, og  UCL’er forværrede ikke effekten.

Samlet set kan kontaktlinsen, ifølge undersøgelsen, hjælpe mennesker med at opnå supervision gennem bærbare nano‑biomaterialer, hvilket baner vejen for talrige anvendelser af menneskelig NIR rum‑tid‑farvesyn.

Klik her for at lære, hvordan OLED’er revolutionerer nattevision.

Menneskelige forsøg: Test af infrarødt syn med kontaktlinser

Teamet begyndte derefter at teste funktionerne af disse linser både på mennesker og mus og fandt, at de kunne se infrarøde bølgelængder.

Da de eksperimenterede på mus, gav forskerne dem valget mellem en mørk boks og en boks oplyst med infrarødt lys. Mens dem uden kontaktlinser ikke havde nogen præference, valgte musene med linser den mørke boks.

De in vivo elektroretinografi (ERG) optagelser viste, at UCL’er ikke forstyrrede normal syn på grund af deres høje gennemsigtighed. ERG er en diagnostisk test, der måler retinaens elektriske aktivitet som svar på en lysstimulus.

For at undersøge effekten på adfærdsniveau blev linserne fastgjort til de bevægende mus’ øjne med en øjenlågssting, hvorefter teamet overvågede pupilstørrelsen for at opdage pupillens lysrefleks.

Teamet fandt, at mus med kontaktlinser havde sammentrukne pupiller i nærvær af infrarødt lys. Hjerneafbildning viste også, at IR fik deres visuelle behandlingscentre til at lyse op.

I eksperimentet med lysinduceret frygt‑betingning fremkaldte nærinfrarødt lys fryseadfærd hos mus med linser, men ikke hos mus uden, hvilket indikerer, at dem med linser kan tilegne sig evnen til at opfatte NIR‑mediated lys.

Efter at have opnået ikke‑invasiv NIR‑syn i mus gennem kontaktlinser, begyndte teamet derefter at teste det på mennesker.

Til dette udførte de følsomhedstest for menneskelig opfattelse af synligt og NIR‑lys i både mørke og omgivende lysforhold. Der blev ikke bemærket forskelle i menneskelig følsomhed for synligt lys med eller uden linser, hvilket indikerer, at de ikke påvirkede normal menneskelig syn. 

Deltagere med linser var faktisk i stand til at identificere NIR‑lys i det mørke rum. Følsomheden for NIR‑lys forblev stort set uændret ved lukning af øjnene, men for synligt lys faldt den mere end 200‑fold, hvilket skyldtes NIR‑lysets evne til bedre at trænge igennem øjenlåget.

According to Xue:

“Det er helt klart: uden kontaktlinserne kan emnet ikke se noget, men når de tager dem på, kan de tydeligt se det flimrende infrarøde lys. Vi fandt også, at når emnet lukker øjnene, kan de endnu bedre modtage denne flimrende information, fordi nærinfrarødt lys trænger gennem øjenlåget mere effektivt end synligt lys, så der er mindre interferens fra synligt lys.”

Måling af transmissionen gennem musens øjenlåg for 535‑ og 980‑nm lys viste henholdsvis 0,388 % og 23,292 %, hvilket demonstrerer, at nærinfrarødt lys kan “overføres snigende selv gennem lukkede øjne.”

I mellemtiden var menneskelige deltagere stadig i stand til at opfatte NIR‑lys under omgivende lysforhold. Interessant nok steg deltagernes følsomhed for NIR‑lys med 3,7‑fold, når de lukkede øjnene, mens den for synligt lys faldt med 4,5‑fold. Dette kan skyldes, at lukkede øjne reducerer input af omgivende synligt lys, mens de øger signal‑til‑støj‑forholdet for nærinfrarød lysdetektion.

Fremtidige anvendelser af infrarødt synslinser

Forskningen fandt, at kontaktlinser gør det muligt for mennesker at korrekt identificere blinkende Morse‑kode‑lignende signaler. De var endda i stand til at genkende den indkommende NIR‑lysets retning.

Brugerne var endda i stand til at skelne mellem forskellige spektra af infrarødt lys takket være en justering af kontaktlinserne. Dette omfattede at designe nanopartiklerne til at farvekode forskellige infrarøde bølgelængder. 

For at skelne flere spektra af NIR‑lys erstattede teamet de konventionelle UCNP’er med trichromatiske ortogonale UCNP’er (tUCL’er), som kan omdanne nærinfrarødt lys til synligt lys i tre forskellige spektrale bånd. 

Infrarøde bølgelængder på 808 nm blev konverteret til grønt lys, 980 nm til blåt lys, og 1.532 nm til rødt lys. 

Disse tUCL’er gjorde det muligt for teamet at opnå nærinfrarød farvesyn hos mennesker, hvilket viser potentialet i at kode mere omfattende information, specifikt i intervallet 800‑1.600 nm. I dette interval trænger NIR effektivt ind i biologisk væv, der er rigt på vand, såsom øjenlåg og hornhinder, og dermed forbedrer NIR‑syn og biologisk billeddannelse.

Undersøgelsen bemærkede, at indtil nu har studier ikke virkelig opnået menneskelig NIR‑farvesyn, da deres praktiske anvendelse er begrænset af kravene til høj‑effekt NIR‑lys og lave koncentrationer af nanopartikel‑doping, hvilket forskerne overvandt gennem effektiv optimering af nanopartiklers brydningsindeks og hydrogeler. På denne måde fremmede forskningen udviklingen af trichromatiske ortogonale partikler til biologisk visuel fornemmelse og genkendelse.

Dette gjorde det muligt for brugerne at opfatte flere detaljer inden for det infrarøde spektrum. Bemærkelsesværdigt kunne disse farvekodede nanopartikler ændres for at hjælpe farveblinde personer med at se bølgelængder, som de ellers ikke ville kunne se.

“Ved at omdanne rødt synligt lys til noget som grønt synligt lys, kunne denne teknologi gøre det usynlige synligt for farveblinde mennesker.”

– Xue

Teamet har også bygget et glastsystem ved at udnytte den samme teknologi, der gør det muligt for brugerne at opfatte mere detaljeret infrarød information. Dette overvinder den begrænsede evne hos kontaktlinser til at fange fine detaljer, som skyldes deres nære placering til retinaen, hvilket får de konverterede lyspartikler til at sprede.

Ifølge forskerne har deres teknologi forskellige potentielle anvendelser, herunder forbedret syn i støvede, tågede og andre lavsynlige forhold, samt integration i smarte enheder til nødsituationer.

Selvom studiet er kraftfuldt, har det flere begrænsninger, herunder brugen af relativt lave lysintensiteter. De bløde, bærbare og ikke‑invasive kontaktlinser kan kun opdage IR‑stråling, der udsendes fra en LED‑lyskilde.

Forskerne arbejder dog på at øge nanopartiklernes følsomhed, så de kan opdage endnu lavere niveauer af infrarødt lys. Desuden åbner det stadig døren til en rigt informativ, farverig NIR‑verden, som kan opfattes direkte af mennesker.

“I fremtiden håber vi, ved at samarbejde med materialeforskere og optiske eksperter, at skabe en kontaktlinse med mere præcis rumlig opløsning og højere følsomhed.”

– Xue

Investering i optisk innovation

I verden af avanceret synsteknologi er Corning Incorporated (GLW ) kendt for at være en global leder inden for specialglas og optiske materialer. 

Som en innovatør inden for materialvidenskab opererer Corning gennem flere segmenter, herunder:

• Display Technologies, som fremstiller glastunderskud til fladskærme.
• Optical Communications, som fokuserer på netværkskomponenter til telekommunikationsindustrien.
• Specialty Materials, som producerer produkter til fremstilling af fluoridkrystaller, glas og glasceramiker.
• Environmental Technologies, som er involveret i fremstilling af filtre og keramiske underlag til emissionskontrolsystemer i mobile anvendelser
• Life Sciences, som leverer laboratorieprodukter

Corning Incorporated (GLW )

Med en markedsværdi på $42.4 milliarder, nyder Corning Inc.’s aktier i øjeblikket en stigning på 4.15 % år‑til‑dato, da de handles til $49.57. På det nuværende prisniveau er GLW næsten 30 % op fra sit lavpunkt i april og ligger kun omkring 9 % under sit topniveau, som den nåede sent i januar i år.

Med dette er dens EPS (TTM) 0.52, P/E (TTM) 95.12 og ROE (TTM) 4.14 %. Et udbytte på 2.26 % tilbydes også GLW‑aktionærer.

Når det gælder Corning’s finanser, rapporterede den “stærke” Q1 2025‑resultater. I denne periode steg virksomhedens kerneomsætning med 13 % år‑til‑år til $3.68 milliarder, mens Core EPS steg med 42 % år‑til‑år til $0.54 og bruttoavance var 37.9 %, hvilket afspejler en forbedring på 110 basispoint år‑til‑år. Denne stærke vækst kommer på trods af, at told har forårsaget en markeds‑bred forstyrrelse.

“Vi er godt positioneret til at opretholde momentum på trods af et dynamisk eksternt miljø, fordi vores vækst understøttes af kraftige sekulære tendenser, der er i gang i dag.”

– CEO Wendell P. Weeks

Corning’s enterprise‑salg voksede 106 %, drevet af fortsat stærk efterspørgsel efter nye produkter til Gen AI. I kommentaren bemærkede Weeks:

“Vi ser en bemærkelsesværdig kundereaktion på både vores innovationer til Gen AI‑datacentre og vores amerikansk‑producerede solprodukter, og vi accelererer vores produktionsrampen for begge.”

Så for Q2 forudser virksomheden “fortsat stærk” vækst, med en forventet kerneomsætning på omkring $3.85 milliarder. Corning forudsiger faktisk, at dens kerne‑EPS igen vil vokse “signifikant hurtigere end salget” til mellem $0.55 til $0.59.
Tidligere i år opgraderede virksomheden sin vækststrategi kaldet Springboard‑planen, under hvilken den sigter mod at tilføje mere end $4 milliarder i årlige salg og opnå en driftsmargin på 20 % inden udgangen af næste år.

“Vi gør store fremskridt med Springboard på tværs af virksomheden. Vores strategier virker, og vores kunder elsker vores innovationer.”

– Weeks

Tidligere denne måned samarbejdede verdensleder inden for glasvidenskab og optisk fysik med den førende halvledervirksomhed Broadcom Incorporated (AVGO ) om en CPO (co‑packaged optics) infrastruktur for at øge datacentrenes behandlingskapacitet og tage AI til næste niveau.

“Efterhånden som AI‑aktiverede datacentre fortsætter med at vokse, har Corning samarbejdet med Broadcom for at sikre, at CPO‑forbindelsesbehovene opfyldes med høj ydeevne og pålidelighed.”

– Benoit Fleury, Director, CPO Business Development, Corning Optical Communications. 

Under dette samarbejde vil Corning levere optiske komponenter til Broadcom’s CPO‑baserede 51.2 TBps Ethernet‑switch for at levere bedre optisk interkonnektions‑densitet og reducere energikostnader.
Dette Bailly CPO‑system fra Broadcom indeholder otte silicon‑fotonic‑baserede, 6.4 TBps optiske motorer, som er co‑pakket med virksomhedens StrataXGS® Tomahawk®5 Ethernet‑switch‑chip. “Den eksplosive vækst i AI‑arbejdsbelastninger driver hidtil usete krav til interconnect‑båndbredde,” sagde Sheng Zhang, CTO for Optical Systems Division hos Broadcom, som tilføjede, at dette flerårige partnerskab med Corning har “resulteret i banebrydende ydeevne i stor skala.”

Seneste Corning Inc. (GLW) aktienyheder og udviklinger

Afsluttende tanker: At gøre det usynlige synligt

Teknologiske fremskridt skubber konstant grænserne for, hvad der er muligt, især når det gælder menneskelige evner. Kontaktlinser er en sådan fremskridt, der først blev skabt for over et århundrede siden for at give en mere naturlig og ubesværet udsigt over verden. Nu gør forskerne disse populære alternativer til briller endnu mere kraftfulde ved at introducere infrarødt syn i dem.

Disse nye kontaktlinser bruger nanopartikler, der absorberer IR og derefter omdanner det til bølgelængder synlige for pattedyrs øjne. Nanopartiklerne var især i stand til at opdage nærinfrarødt lys, som ligger lige uden for, hvad mennesker kan se. 

Udviklingen af bærbare, ikke‑invasive infrarøde synskontaktlinser lover at løfte menneskelig syn til en ny dimension. Fra sikker kommunikation og natnavigation til biologisk billeddannelse og hjælp til farveblinde, har denne teknologi til formål at fuldstændigt transformere, hvordan vi opfatter og interagerer med vores miljø, men vigtigst af alt gør den det usynlige synligt.

Klik her for at lære om næste generations billedteknikker med infrarøde kvante‑dot‑teknologier.

Studier refereret:

1. Ma, Y., Chen, Y., Wang, S., Chen, Z.-H., Zhang, Y., Huang, L., Zhang, X., Yin, F., Wang, Y., Yang, M., Li, Z., Huang, K., Fang, X., Li, Z., Wang, M., Liu, W., Li, J.-N., Li, L., Zhao, H., Wei, M., Shi, Y., Liu, R., Zhang, M., Chen, J., Shen, J., Meng, J., Yang, Y., Zhang, F., Gong, X., Han, G., & Xue, T. (2025). Nærinfrarød rum‑tid‑farvesyn hos mennesker muliggør ved upconversion kontaktlinser. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019