Supervision Durch Infrarot‑Kontaktlinsen Erreicht

Wir werden vielleicht nicht bald Röntgenblick wie Superman bekommen, aber es ist Zeit, dass wir Supervision erhalten. 

Um diese Supervision oder Nahinfrarot‑Vision (NIR) zu ermöglichen, haben Materialwissenschaftler und Neurowissenschaftler Kontaktlinsen entwickelt¹, die Infrarotsicht bei Mäusen sowie beim Menschen ermöglichen. Dies wurde erreicht, indem Infrarot‑Licht (IR) in Licht umgewandelt wird, das wir sehen können.

Infrarot‑Licht (IR) ist eine Art elektromagnetischer Strahlung, die Wellenlängen länger als sichtbares Licht, aber kürzer als die von Mikrowellen hat.

The visible light spectrum ranges from about 400 to 700 nanometers (nm), and within this range, different colors have different wavelengths, with red having the longest and violet having the shortest.

Jenseits des sichtbaren Spektrums liegen Infrarot‑Wellenlängen im Bereich von 750 nm bis 2,5 μm (Mikrometer). Die Wellenlänge von Nahinfrarot‑Licht (NIR) liegt im Bereich von 800‑1600 nm.

Dann gibt es Ultraviolett (UV), das kürzere Wellenlängen als sichtbares Licht hat und von 10 nm bis 400 nm reicht. Der Wellenlängenbereich von Röntgenstrahlen liegt etwa bei 0,01 bis 10 Nanometern.

So ermöglichen die von Wissenschaftlern entwickelten Kontaktlinsen ihren Trägern das Sehen vieler Infrarot‑Wellenlängen, die das bloße Auge nicht erfassen kann. Außerdem benötigen sie keine Stromquelle, wie es Infrarot‑Nachtsichtgeräte tun.

Da diese Linsen transparent sind, kann der Nutzer gleichzeitig sichtbares und infrarotes Licht sehen. Die Infrarotsicht wird tatsächlich verstärkt, wenn die Nutzer die Augen schließen. Laut dem leitenden Autor Tian Xue, einem Neurowissenschaftler an der University of Science and Technology of China:

„Unsere Forschung eröffnet das Potenzial für nicht‑invasive tragbare Geräte, die Menschen Supervision verleihen.“ 

Die hier geschaffene neue Technologie ist die tragbare Nahinfrarot‑(NIR‑)Upconversion‑Kontaktlinse (UCL) mit Biokompatibilität, Flexibilität, Hydrophilie und optischen Eigenschaften.

Wenn man über die „vielen“ unmittelbaren Anwendungsmöglichkeiten des Materials spricht, verwies Xue auf die Nutzung von flackerndem Infrarotlicht zur Informationsübertragung in Bereichen wie Verschlüsselung, Rettung, Sicherheit oder Fälschungsschutz.

Die Studie, so die Wissenschaftler, öffnet zudem die Türen für den Einsatz polymerer Materialien in nicht‑invasiver Nahinfrarot‑Vision, um Menschen beim Wahrnehmen und Übertragen räumlicher, zeitlicher und farbiger Dimensionen von NIR‑Licht zu unterstützen.

Wie Nahinfrarot‑Kontaktlinsen das menschliche Sehen verbessern

Um die Welt um sie herum zu verstehen, verlassen sich Menschen auf ihre Sinne, einschließlich des Sehens. Aber um diesen Sinn zu nutzen, benötigen wir Licht. 

Interessanterweise können wir nur einen kleinen Bruchteil des Lichts wahrnehmen. Mehr als die Hälfte der Sonnenstrahlungsenergie liegt tatsächlich im Infrarotbereich und bleibt für Säugetiere, zu denen Menschen, Nagetiere, Fledermäuse, Katzen, Löwen, Pferde, Orcas, Otter, Bären und Blauwalarten gehören, unmerklich.

Unsere Wahrnehmungsgrenze im Lichtspektrum beruht auf den physikalisch‑thermodynamischen Eigenschaften der photon‑detektierenden Opsine. Infolgedessen verlieren wir einen erheblichen Teil sensorischer Informationen, die potenziell für uns verfügbar sein könnten.

Werkzeuge wie Nachtsicht‑Brillen (NV) oder Infrarot‑zu‑sichtbare‑Konverter haben es uns ermöglicht, über das hinauszusehen, was unsere Augen wahrnehmen können. Diese Geräte benötigen jedoch eine Energiequelle, um zu funktionieren. Beispielsweise nutzen NV‑Brillen Batteriestrom, speziell Lithium‑Batterien, um eine längere Lebensdauer zu gewährleisten.

Zudem können diese Werkzeuge keine Unterscheidung zwischen Infrarot‑Informationen über mehrere Spektren hinweg treffen. Bei Infrarot‑zu‑sichtbaren Konvertern erfordert jedes eine mehrschichtige Struktur, die sie undurchsichtig macht und die Integration in das menschliche Auge erschwert.

Das Forscherteam hat bereits zuvor Nahinfrarot‑Vision bei Mäusen erreicht. Sie taten dies, indem sie Nanopartikel in die Retina injizierten. Natürlich ist die chirurgische Invasivität einer solchen okulären Injektion von Nanopartikeln für Menschen kaum akzeptabel.

So, the team wanted to design a less invasive option to deliver NIR vision capabilities with the naked eye, which brought them to contact lenses.

Um die Linsen zu erzeugen, kombinierte das Team Upconversion‑Nanopartikel (UCNPs) mit flexiblen Polymeren, die ungiftig sind und in herkömmlichen weichen Kontaktlinsen verwendet werden.

Das Team muss natürlich polymerbasierte Nanokomposite entwickeln, die für das menschliche Auge geeignet sind und die passende optische Transparenz, mechanische Eigenschaften, Biokompatibilität und Hydrophilie – also die Wasseraffinität des Materials – besitzen. 

Obwohl weiche, transparente polymerbasierte Materialien bereits weit verbreitet in diesem Feld eingesetzt werden, verändert die Integration von Nanopartikeln in polymeren Materialien die optischen Eigenschaften des Polymers. Daher modifizierte das Team die Nanopartikel und prüfte polymerbasierte Materialien hinsichtlich ihrer Brechungsindex‑Anpassung.

Infolgedessen entwickelte das Team NIR‑Licht‑Kontaktlinsen mit über 90 % Transparenz über die meisten Wellenlängen bei einem UCNP‑Massenanteil von 7 %.

Bezüglich der Biokompatibilität der Nanopartikel stellte das Team fest, dass das Tragen dieser Kontaktlinsen für 3, 7 und 14 Tage keine Veränderungen in der retinalen Morphologie, Hornhautdicke oder retinalen Entzündungsreaktion verursachte. 

Allerdings führt konstanter Gebrauch zu einem leichten Anstieg der Hornhautzell‑Apoptose nach ein bis zwei Wochen Tragezeit, was auch bei kommerziellen Kontaktlinsen beobachtet wird. Laut Studie war dies auf mechanische Reibung durch das Tragen von Kontaktlinsen zurückzuführen, und die UCLs verschlimmerten den Effekt nicht.

Insgesamt kann die Kontaktlinse laut Studie Menschen dabei helfen, Supervision durch tragbare Nano‑Biomaterialien zu erreichen und den Weg für zahlreiche Anwendungen der menschlichen NIR‑räumlich‑zeitlichen Farbsicht zu ebnen.

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Menschliche Studien: Testen der Infrarotsicht mit Kontaktlinsen

Das Team begann anschließend, die Funktion dieser Linsen sowohl bei Menschen als auch bei Mäusen zu testen und stellte fest, dass sie Infrarot‑Wellenlängen sehen konnten.

Bei Experimenten an Mäusen boten die Wissenschaftler ihnen die Wahl zwischen einer dunklen Kiste und einer mit Infrarotlicht beleuchteten Kiste. Während Mäuse ohne Kontaktlinsen keine Präferenz zeigten, wählten die mit Linsen die dunkle Kiste.

Die in‑vivo‑Elektroretinogramm‑(ERG‑)Aufzeichnungen zeigten, dass UCLs die normale Sicht dank ihrer hohen Transparenz nicht beeinträchtigten. ERG ist ein diagnostischer Test, der die elektrische Aktivität der Retina als Reaktion auf einen Lichtreiz misst.

Um den Effekt auf Verhaltensebene zu untersuchen, wurden die Linsen mittels einer Lidnaht an den Augen der sich bewegenden Mäuse befestigt, und das Team überwachte anschließend die Pupillengröße, um den Pupillenlichtreflex zu erfassen.

Das Team stellte fest, dass Mäuse mit Kontaktlinsen bei Infrarotlicht verengte Pupillen hatten. Bildgebende Verfahren des Gehirns zeigten zudem, dass IR ihre visuellen Verarbeitungszentren aktivierte.

Im lichtinduzierten Angstkonditionierungsexperiment löste Nahinfrarotlicht bei Mäusen mit Linsen ein Einfrieren aus, nicht jedoch bei Mäusen ohne Linsen, was darauf hindeutet, dass die mit Linsen die Fähigkeit erlangen, NIR‑vermitteltes Licht zu spüren.

Nachdem das Team durch Kontaktlinsen eine nicht‑invasive NIR‑Vision bei Mäusen erreicht hatte, begann es, diese bei Menschen zu testen.

Dazu führten sie Empfindlichkeitstests für die menschliche Wahrnehmung von sichtbarem und NIR‑Licht sowohl bei Dunkelheit als auch bei Umgebungslicht durch. Es wurden keine Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber sichtbarem Licht mit oder ohne Linsen festgestellt, was darauf hindeutet, dass sie die normale menschliche Sicht nicht beeinträchtigen. 

Teilnehmer mit Linsen konnten das NIR‑Licht im dunklen Raum tatsächlich identifizieren. Die Empfindlichkeit gegenüber NIR‑Licht blieb beim Schließen der Augen nahezu unverändert, während die Empfindlichkeit gegenüber sichtbarem Licht um mehr als das 200‑fache sank, was auf die bessere Penetration von NIR‑Licht durch das Augenlid zurückzuführen ist.

Laut Xue:

„Es ist völlig eindeutig: Ohne die Kontaktlinsen kann das Subjekt nichts sehen, aber wenn es sie aufsetzt, kann es das Flackern des Infrarotlichts deutlich sehen. Wir haben auch festgestellt, dass das Subjekt, wenn es die Augen schließt, die flackernden Informationen noch besser empfängt, weil Nahinfrarotlicht das Augenlid effektiver durchdringt als sichtbares Licht, sodass weniger Störungen durch sichtbares Licht auftreten.“

Die Messung der Transmission der Mäuseaugenlider bei 535‑ und 980‑nm‑Licht ergab Werte von 0,388 % bzw. 23,292 %, was zeigt, dass Nahinfrarotlicht „heimlich selbst durch geschlossene Augen übertragen werden kann“.

Unterdessen konnten die menschlichen Probanden bei Umgebungslichtbedingungen weiterhin NIR‑Licht wahrnehmen. Interessanterweise stieg die Empfindlichkeit gegenüber NIR‑Licht unter diesem Hintergrund um das 3,7‑fache, wenn die Augen geschlossen wurden, während die Empfindlichkeit gegenüber sichtbarem Licht um das 4,5‑fache abnahm. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass geschlossene Augen die Eingabe von Umgebungs‑sichtbarem Licht reduzieren und gleichzeitig das Signal‑zu‑Rausch‑Verhältnis der Nahinfrarot‑Licht‑Detektion erhöhen.

Zukünftige Anwendungen von Infrarot‑Visionslinsen

Die Forschung ergab, dass Kontaktlinsen Menschen ermöglichen, blinkende, morsecode‑ähnliche Signale korrekt zu identifizieren. Sie konnten sogar die Richtung des einfallenden NIR‑Lichts erkennen.

Die Nutzer konnten dank einer Anpassung der Kontaktlinsen sogar zwischen verschiedenen Infrarot‑Spektren unterscheiden. Dies umfasste die Entwicklung von Nanopartikeln, die verschiedene Infrarot‑Wellenlängen farbkodieren. 

Um mehrere NIR‑Spektren zu unterscheiden, ersetzte das Team die herkömmlichen UCNPs durch trichromatische orthogonale UCNPs (tUCLs), die Nahinfrarot‑Licht in sichtbares Licht in drei verschiedenen Spektralbändern umwandeln können. 

Infrarot‑Wellenlängen von 808 nm wurden in grünes Licht, 980 nm in blaues Licht und 1.532 nm in rotes Licht umgewandelt. 

Diese tUCLs ermöglichten dem Team, die Nahinfrarot‑Farbvision beim Menschen zu erreichen, was das Potenzial zeigt, mehr Informationen zu kodieren, insbesondere im Bereich von 800‑1.600 nm. In diesem Bereich dringt NIR effektiv in wasserreiche biologische Gewebe wie Augenlider und Hornhäute ein und verbessert so die NIR‑Vision und die biologische Bildgebung.

Die Studie stellte fest, dass bisher keine Studien die menschliche NIR‑Farbvision wirklich erreicht haben, da ihre praktische Anwendung durch die hohen Leistungsanforderungen des NIR‑Lichts und niedrige Konzentrationen der Nanopartikel‑Dotierung begrenzt war. Die Wissenschaftler überwanden dies durch eine effektive Optimierung des Brechungsindex von Nanopartikeln und Hydrogelen. Auf diese Weise förderte die Forschung die Entwicklung trichromatischer orthogonaler Partikel für die biologische visuelle Wahrnehmung und Erkennung.

Damit konnten Nutzer mehr Details im Infrarot‑Spektrum wahrnehmen. Bemerkenswerterweise könnten diese farbkodierenden Nanopartikel modifiziert werden, um farbenblinden Menschen Wellenlängen sichtbar zu machen, die sie sonst nicht sehen könnten.

„Indem rotes sichtbares Licht in etwas wie grünes sichtbares Licht umgewandelt wird, könnte diese Technologie das Unsichtbare für farbenblinde Menschen sichtbar machen.“

– Xue

Das Team hat zudem ein Glassystem entwickelt, das dieselbe Technologie nutzt, um Trägern detailliertere Infrarot‑Informationen zu ermöglichen. Dies überwindet die begrenzte Fähigkeit von Kontaktlinsen, feine Details zu erfassen, die durch ihre Nähe zur Retina verursacht wird, wodurch die umgewandelten Lichtpartikel streuen.

Laut den Wissenschaftlern hat ihre Technologie verschiedene potenzielle Anwendungen, darunter verbesserte Sicht in staubigen, nebligen und anderen Sichtbehinderungs‑Situationen sowie die Integration in intelligente Geräte für den Notfalleinsatz.

Obwohl leistungsstark, weist die Studie mehrere Einschränkungen auf, darunter die Verwendung relativ niedriger Lichtintensitäten. Die weichen, tragbaren und nicht‑invasiven Kontaktlinsen können nur IR‑Strahlung erkennen, die von einer LED‑Lichtquelle ausgestrahlt wird.

Die Forscher arbeiten jedoch daran, die Empfindlichkeit der Nanopartikel zu erhöhen, sodass sie noch niedrigere IR‑Lichtpegel erkennen können. Außerdem öffnet dies weiterhin die Tür zu einer reichhaltig informativen, farbigen NIR‑Welt, die direkt vom Menschen wahrgenommen werden kann.

„In Zukunft hoffen wir, durch die Zusammenarbeit mit Materialwissenschaftlern und optischen Experten eine Kontaktlinse mit präziserer räumlicher Auflösung und höherer Empfindlichkeit zu entwickeln.“

– Xue

Investition in optische Innovation

In der Welt der fortschrittlichen Visionstechnologien ist Corning Incorporated (GLW ) als globaler Marktführer für Spezialglas und optische Materialien bekannt. 

Als Innovator in der Materialwissenschaft agiert Corning über mehrere Segmente, darunter:

• Display Technologies, das Glassubstrate für Flachbildschirme herstellt.
• Optical Communications, das sich auf Netzwerkkomponenten für die Telekommunikationsbranche konzentriert.
• Specialty Materials, das Produkte für die Formulierung von Fluoridkristallen, Glas und Glaskeramiken produziert.
• Environmental Technologies, das an der Herstellung von Filtern und keramischen Substraten für Emissionskontrollsysteme in mobilen Anwendungen beteiligt ist
• Life Sciences, das Laborprodukte liefert

Corning Incorporated (GLW )

Mit einer Marktkapitalisierung von 42,4 Milliarden $ verzeichnen die Aktien von Corning Inc. derzeit einen Jahresanstieg von 4,15 % und werden zu 49,57 $ gehandelt. Auf dem aktuellen Preisniveau liegt GLW fast 30 % über seinem Tief im April und liegt nur etwa 9 % unter seinem Höchststand, den es Ende Januar dieses Jahres erreichte.

Damit beträgt das EPS (TTM) 0,52, das KGV (TTM) 95,12 und die Eigenkapitalrendite (ROE) (TTM) 4,14 %. Den GLW‑Aktionären wird zudem eine Dividendenrendite von 2,26 % angeboten.

Was Corning’s Finanzen angeht, berichtete das Unternehmen über „starke“ Q1‑2025‑Ergebnisse. In diesem Zeitraum stiegen die Kernumsätze um 13 % gegenüber dem Vorjahr auf 3,68 Milliarden $, während das Kern‑EPS um 42 % auf 0,54 $ zulegte und die Bruttomarge 37,9 % betrug, was eine Verbesserung von 110 Basispunkten gegenüber dem Vorjahr widerspiegelt. Dieses starke Wachstum kommt trotz der durch Zölle verursachten marktweiten Störungen.

„Wir sind gut positioniert, um das Momentum trotz eines dynamischen externen Umfelds aufrechtzuerhalten, weil unser Wachstum von starken säkularen Trends getragen wird, die heute bereits im Gange sind.“

– CEO Wendell P. Weeks

Corning’s Unternehmensumsätze wuchsen um 106 %, angetrieben durch die anhaltend starke Nachfrage nach neuen Produkten für Gen‑AI. In einem Kommentar dazu bemerkte Weeks:

„Wir sehen eine bemerkenswerte Kundenreaktion sowohl auf unsere Innovationen für Gen‑AI‑Rechenzentren als auch auf unsere in den USA hergestellten Solarprodukte und beschleunigen die Produktionssteigerungen für beide.“

Für das zweite Quartal prognostiziert das Unternehmen ein „weiterhin starkes“ Wachstum, wobei die Kernumsätze voraussichtlich etwa 3,85 Milliarden $ betragen werden. Corning sagt zudem voraus, dass das Kern‑EPS erneut „deutlich schneller als die Umsätze“ auf zwischen 0,55 $ und 0,59 $ steigen wird.

Anfang dieses Jahres hat das Unternehmen seine Wachstumsstrategie mit dem Namen Springboard‑Plan aktualisiert, bei dem es anstrebt, mehr als 4 Milliarden $ an annualisierten Umsätzen hinzuzufügen und bis Ende des nächsten Jahres eine operative Marge von 20 % zu erreichen.

„Wir machen großartige Fortschritte mit Springboard im gesamten Unternehmen. Unsere Strategien funktionieren, und unsere Kunden lieben unsere Innovationen.“

– Weeks

Anfang dieses Monats hat der weltweit führende Anbieter von Glastechnologie und optischer Physik mit dem führenden Halbleiterunternehmen Broadcom Incorporated (AVGO ) an einer CPO‑(co‑packaged optics)‑Infrastruktur zusammengearbeitet, um die Verarbeitungskapazität von Rechenzentren zu steigern und KI auf die nächste Stufe zu heben.

„Da KI‑gestützte Rechenzentren weiter skalieren, arbeitet Corning mit Broadcom zusammen, um sicherzustellen, dass die CPO‑Konnektivitätsanforderungen mit hoher Leistung und Zuverlässigkeit erfüllt werden.“

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

Im Rahmen dieser Zusammenarbeit wird Corning optische Komponenten für Broadcoms CPO‑basierten 51,2 TBps‑Ethernet‑Switch bereitstellen, um eine bessere optische Verbindungsdichte zu erzielen und die Energiekosten zu senken.

Dieses Bailly‑CPO‑System von Broadcom integriert acht silicon‑photonics‑basierte, 6,4 TBps‑optische Engines, die mit dem StrataXGS® Tomahawk®5‑Ethernet‑Switch‑Chip des Unternehmens zusammengepackt sind. „Das explosive Wachstum von KI‑Arbeitslasten erzeugt beispiellose Anforderungen an die Interconnect‑Bandbreite“, sagte Sheng Zhang, CTO der Optical Systems Division bei Broadcom, und fügte hinzu, dass diese mehrjährige Partnerschaft mit Corning „zu bahnbrechender Leistung im großen Maßstab geführt hat.“

Neueste Corning Inc. (GLW) Aktiennachrichten und Entwicklungen

Abschließende Gedanken: Das Unsichtbare sichtbar machen

Technologische Fortschritte verschieben ständig die Grenzen des Möglichen, insbesondere im Hinblick auf menschliche Fähigkeiten. Kontaktlinsen sind eine solche Innovation, die vor über einem Jahrhundert entwickelt wurde, um eine natürlichere und ungehinderte Sicht auf die Welt zu ermöglichen. Jetzt machen Wissenschaftler diese beliebten Alternativen zu Brillen noch leistungsfähiger, indem sie Infrarotsicht integrieren.

Diese neuen Kontaktlinsen nutzen Nanopartikel, die IR absorbieren und dann in für Säugetieraugen sichtbare Wellenlängen umwandeln. Die Nanopartikel konnten insbesondere Nahinfrarot‑Licht erkennen, das knapp über dem liegt, was Menschen sehen können. 

Die Entwicklung tragbarer, nicht‑invasiver Infrarot‑Visions‑Kontaktlinsen verspricht, das menschliche Sehen in eine neue Dimension zu führen. Von sicherer Kommunikation und nächtlicher Navigation bis hin zu biologischer Bildgebung und Unterstützung von Farbenblinden zielt diese Technologie darauf ab, unsere Wahrnehmung und Interaktion mit der Umgebung grundlegend zu verändern, und vor allem das Unsichtbare sichtbar zu machen.

Klicken Sie hier, um mehr über die nächsten Bildgebungstechniken mit infraroten Quantenpunkten zu erfahren.

Studien zitiert:

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). Nahinfrarot‑räumlich‑zeitliche Farbsicht beim Menschen ermöglicht durch Upconversion‑Kontaktlinsen. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019