赤外線コンタクトレンズで実現するスーパー視覚

私たちはすぐにスーパーマンのようなX線視覚を手に入れることはできないかもしれませんが、スーパー視覚を手に入れる時が来ました。

このスーパー視覚、すなわち近赤外（NIR）視覚を実現するために、材料科学者と神経科学者はコンタクトレンズを開発¹し、マウスだけでなく人間でも赤外線視覚を可能にしました。これは赤外線（IR）光を私たちが見える光に変換することで実現されています。

赤外線（IR）光は、可視光より波長が長く、マイクロ波より短い電磁放射の一種です。

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.

可視スペクトルの外側では、赤外線（IR）波長は750 nmから2.5 μm（マイクロメートル）の範囲です。近赤外（NIR）光の波長は800〜1600 nmの範囲にあります。

次に紫外線（UV）がありますが、これは可視光より短い波長で、10 nmから400 nmの範囲です。X線の波長範囲はおおよそ0.01〜10ナノメートルです。

したがって、科学者が作成したコンタクトレンズは、裸眼では見ることのできない多くの赤外線波長を視認できるようにします。また、赤外線ナイトビジョンゴーグルと同様に電源も不要です。

これらのレンズは透明であるため、ユーザーは可視光と赤外線光を同時に見ることができます。ユーザーが目を閉じると赤外線視覚はさらに強化されます。中国科学技術大学の神経科学者であるシニア著者の徐天（Tian Xue）によれば：

「我々の研究は、非侵襲的なウェアラブルデバイスが人々にスーパー視覚を提供する可能性を開きます。」

ここで開発された新技術は、生体適合性、柔軟性、親水性、光学特性を備えたウェアラブル近赤外（NIR）アップコンバージョンコンタクトレンズ（UCL）です。

この材料の「多く」の即時的な潜在的応用について語る際、徐は暗号化、救助、セキュリティ、または偽造防止の場面で情報を送信するための点滅赤外線光の使用を指摘しました。

科学者たちによれば、この研究はポリマー材料を用いた非侵襲的な近赤外視覚の利用の扉を開き、人間がNIR光の空間的、時間的、色彩的次元を知覚し、伝達するのを支援します。

近赤外コンタクトレンズが人間の視覚を向上させる方法

人間が周囲の世界を理解するためには、視覚を含む感覚に依存しています。しかし、この感覚を利用するには光が必要です。

興味深いことに、私たちが知覚できる光はごく一部です。太陽放射エネルギーの半分以上は実際には赤外線光として存在し、哺乳類（人間、げっ歯類、コウモリ、猫、ライオン、馬、シャチ、カワウソ、クマ、シロナガスクジラなど）には知覚できません。

光スペクトルにおける知覚の制限は、光子を検出するオプシンの物理的・熱力学的特性によるものです。その結果、私たちは潜在的に利用できる感覚情報の大部分を失っています。

ナイトビジョン（NV）ゴーグルや赤外線-可視変換装置のようなツールは、目が知覚できる範囲を超えて見ることを可能にしました。しかし、これらの装置は機能するために何らかのエネルギー供給が必要です。例えば、NVゴーグルはバッテリー、特にリチウム電池を使用して長時間稼働します。

さらに、これらのツールは複数のスペクトルにわたる赤外線情報を区別できません。赤外線-可視変換装置の場合、各装置は多層構造を必要とし、これが不透明で人間の目に統合しにくくしています。

科学者チームは以前にマウスで近赤外視覚を実現しました。彼らは網膜にナノ粒子を注入することでそれを行いました。しかし、ナノ粒子の眼内注入という外科的侵襲性は、人間には受け入れられない可能性が高いです。

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.

レンズを作成するために、チームはアップコンバージョンナノ粒子（UCNP）と、標準的なソフトコンタクトレンズに使用される非毒性の柔軟ポリマーを組み合わせました。

もちろん、チームは人間の目に適した光学的透明性、機械的特性、生体適合性、親水性（材料の水への親和性）を備えるポリマーノナコンポジットを開発しなければなりませんでした。

柔らかく透明なポリマー材料はすでにこの分野で広く使用されていますが、ナノ粒子をポリマーに組み込むと光学特性が変化します。そのため、チームはナノ粒子を改良し、屈折率のマッチングに基づいてポリマー材料を選別しました。

その結果、チームはUCNP質量比7％で、ほとんどの波長において90％以上の透過率を持つNIR光コンタクトレンズを開発しました。

ナノ粒子の生体適合性に関して、チームはこれらのコンタクトレンズを3日、7日、14日装着しても、網膜形態、角膜厚さ、網膜炎症反応に変化がないことを確認しました。

しかし、継続的に使用すると、レンズ装着1〜2週間後に角膜細胞のアポトーシスがわずかに増加することが分かりました。これは市販のコンタクトレンズでも見られる現象です。研究によれば、これはコンタクトレンズ装着による機械的摩擦が原因であり、UCLはこの影響を悪化させませんでした。

総合すると、研究によれば、このコンタクトレンズはウェアラブルナノバイオマテリアルを通じて人間にスーパー視覚を実現し、人間のNIR時空間色覚の多くの応用への道を切り開きます。

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ヒト臨床試験：コンタクトレンズで赤外線視覚をテスト

チームは次に、これらのレンズの機能をヒトとマウスの両方でテストし、赤外線波長を見ることができることを確認しました。

マウスの実験では、科学者は暗い箱と赤外線光で照らされた箱の選択肢を与えました。コンタクトレンズを装着していないマウスは特に好みがありませんでしたが、レンズを装着したマウスは暗い箱を選びました。

in vivo電気網膜図（ERG）記録は、UCLが高い透明性により正常視覚を妨げないことを示しました。ERGは光刺激に対する網膜の電気活動を測定する診断テストです。

行動レベルでの効果を調査するため、レンズはまばたき縫合で動くマウスの目に固定され、チームは瞳孔径を監視して瞳孔光反射を検出しました。

チームは、赤外線光が存在する際にコンタクトレンズを装着したマウスの瞳孔が収縮していることを発見しました。脳画像でも、IRが視覚処理中枢を活性化させることが示されました。

光誘発性恐怖条件付け実験では、近赤外光がレンズを装着したマウスに凍結行動を引き起こし、装着していないマウスでは起こらなかったことから、レンズ装着マウスはNIR光を感知する能力を獲得できることが示されました。

コンタクトレンズを通じてマウスで非侵襲的NIR視覚を実現した後、チームはヒトでのテストを開始しました。

そのため、暗所と環境光条件の両方で可視光とNIR光に対するヒトの感度テストを実施しました。レンズの有無で可視光に対する感度に差は見られず、通常の視覚に影響を与えていないことが示されました。

レンズを装着した参加者は、暗室でNIR光を識別できました。目を閉じてもNIR光への感度はほぼ変わらず、可視光への感度は200倍以上低下しました。これはNIR光がまぶたをよりよく透過できるためです。

According to Xue:

「完全に明確です：コンタクトレンズがなければ被験者は何も見えませんが、装着すると赤外線光の点滅がはっきりと見えます。また、被験者が目を閉じると、赤外線光は可視光よりもまぶたを効果的に透過するため、点滅情報をより受け取りやすく、可視光からの干渉が少なくなります。」

マウスのまぶたに対する535 nmと980 nm光の透過率を測定したところ、それぞれ0.388％と23.292％であり、近赤外光は「閉じた目さえも密かに透過できる」ことを示しています。

一方、環境光条件下でもヒト参加者はNIR光を知覚できました。興味深いことに、この背景下で目を閉じるとNIR光への感度が3.7倍に上昇し、可視光への感度は4.5倍低下しました。これは、目を閉じることで環境の可視光入力が減少し、近赤外光検出の信号対雑音比が向上したためと考えられます。

赤外線視覚レンズの将来の応用

研究では、コンタクトレンズがヒトに点滅するモールス信号のような情報を正確に識別させ、さらに入射するNIR光の方向を認識できることが分かりました。

コンタクトレンズの調整により、ユーザーは異なる赤外線スペクトルを区別できるようになり、ナノ粒子を設計して異なる赤外線波長を色分けすることも可能になりました。

複数のNIR光スペクトルを区別するため、チームは従来のUCNPを三色直交UCNP（tUCL）に置き換え、近赤外光を3つの異なる可視光帯域に変換できるようにしました。

808 nmの赤外線波長は緑色光に、980 nmは青色光に、1,532 nmは赤色光に変換されました。

これらのtUCLにより、チームはヒトで近赤外色覚を実現し、特に800〜1,600 nm範囲でより多くの情報をエンコードする可能性を示しました。この範囲では、NIRはまぶたや角膜など水分が豊富な生体組織を効果的に透過し、NIR視覚と生体イメージングを向上させます。

本研究は、これまでの研究では高出力NIR光の必要性やナノ粒子ドーピング濃度の低さにより実用化が制限されていたが、科学者はナノ粒子とハイドロゲルの屈折率を効果的に最適化することでこれらを克服し、三色直交粒子の生物学的視覚感覚と認識への応用を進めたと指摘しています。

これにより、ユーザーは赤外線スペクトル内の詳細をより多く知覚できました。特に、これらの色分けナノ粒子は、色覚異常者が通常は見えない波長を見るのを助けるように変更可能です。

「赤色の可視光を緑色の可視光のように変換することで、この技術は色覚異常者にとって見えないものを見えるようにすることができます。」

– 徐

チームは同じ技術を利用して、着用者がより詳細な赤外線情報を知覚できるガラスシステムも構築しました。これは、コンタクトレンズが網膜に近接しているために光粒子が散乱し、細部捕捉能力が制限される問題を克服します。

科学者によれば、この技術は、埃や霧など視界が低下した環境での視覚強化や、緊急時に使用できるスマートデバイスへの統合など、さまざまな潜在的応用があります。

強力ではあるものの、研究にはいくつかの制限があります。例えば、比較的低い光強度の使用です。柔らかくウェアラブルで非侵襲的なコンタクトレンズは、LED光源から投射されるIR放射のみを検出できます。

しかし、研究者はナノ粒子の感度を向上させ、より低レベルの赤外線光も検出できるように取り組んでいます。また、これにより人間が直接知覚できる情報豊富でカラフルなNIR世界への扉が開かれます。

「将来的には、材料科学者や光学専門家と協力して、より高精度な空間分解能と高感度を持つコンタクトレンズを実現したいと考えています。」

– 徐

光学イノベーションへの投資

先進的な視覚技術の世界で、Corning Incorporated (GLW ) は特殊ガラスと光学材料のグローバルリーダーとして知られています。

材料科学のイノベーターであるCorningは、以下のセグメントで事業を展開しています:

• ディスプレイ技術：フラットパネルディスプレイ用ガラス基板を製造。
• 光通信：通信業界向けネットワークコンポーネントに注力。
• 特殊材料：フッ化物結晶、ガラス、ガラスセラミックスの製造に使用される製品を提供。
• 環境技術：モバイル用途の排出制御システム向けフィルタとセラミック基板の製造に従事。
• ライフサイエンス：実験室向け製品を供給。

Corning Incorporated (GLW )

時価総額424億ドルのCorning Inc.の株式は、現在1株49.57ドルで取引され、年初来4.15％の上昇を享受しています。現在の価格水準では、GLWは4月の安値から約30％上昇しており、今年1月下旬に達したピークからは約9％下回っています。

それに伴い、EPS（TTM）は0.52、P/E（TTM）は95.12、ROE（TTM）は4.14％です。また、GLW株主には2.26％の配当利回りが提供されています。

Corningの財務に関して、2025年第1四半期は「強力」な結果を報告しました。この期間、コア売上高は前年同期比13％増の36.8億ドル、コアEPSは42％増の0.54ドル、粗利益率は37.9％で、前年同期比110ベーシスポイントの改善を示しました。この強い成長は、関税が市場全体に混乱をもたらす中でも実現しました。

「外部環境が変動的であるにもかかわらず、現在進行中の強力な長期トレンドが成長を支えているため、勢いを維持できる好位置にあります。」

– CEO Wendell P. Weeks

Corningのエンタープライズ売上は106％増加し、Gen AI向け新製品への強い需要が続いています。これについてWeeksは次のように述べました:

「Gen AIデータセンター向けのイノベーションと米国製太陽光製品の両方に対して、顧客から顕著な反応が見られ、両方の生産拡大を加速しています。」

したがって、第2四半期に向けて、同社は「継続的な強い」成長を予測しており、コア売上は約38.5億ドルになる見込みです。CorningはコアEPSが「売上高よりも著しく速く」0.55〜0.59ドルに成長すると予測しています。

今年初めに、同社は成長戦略を強化し、「Springboard」計画と呼ばれるもので、年間売上を40億ドル以上増やし、来年末までに営業利益率20％を達成することを目指しています。

「Springboardにおいて、全社的に大きな進展を遂げています。戦略は機能しており、顧客は当社のイノベーションを高く評価しています。」

– Weeks

今月初め、ガラス科学と光学物理学の世界的リーダーは、主要半導体企業Broadcom Incorporated (AVGO ) と協力し、CPO（共同パッケージ化光学）インフラを構築してデータセンターの処理能力を向上させ、AIを次のレベルへ引き上げました。

「AI対応データセンターが拡大し続ける中、CorningはBroadcomと協力し、CPO接続要件を高い性能と信頼性で満たすよう取り組んでいます。」

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

この協業により、CorningはBroadcomのCPOベースの51.2 TBpsイーサネットスイッチ向けに光コンポーネントを提供し、光相互接続密度を向上させ、電力コストを削減します。

BroadcomのBailly CPOシステムは、シリコンフォトニクスベースの8つの6.4 TBps光エンジンを、同社のStrataXGS® Tomahawk®5イーサネットスイッチチップと共同パックしています。「AIワークロードの爆発的な増加が、インターコネクト帯域幅に前例のない需要をもたらしています」とBroadcomの光システム部門CTO、Sheng Zhangは述べ、この数年にわたるCorningとのパートナーシップが「大規模での画期的なパフォーマンスを実現した」と付け加えました。

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最終考察：見えないものを見えるようにする

技術の進歩は常に可能性の境界を押し広げており、特に人間の能力に関して顕著です。コンタクトレンズは、100年以上前に自然で遮られない視界を提供するために初めて作られた技術の一つです。現在、科学者は赤外線視覚を導入することで、眼鏡の代替として人気のあるコンタクトレンズをさらに強力にしています。

これらの新しいコンタクトレンズは、IRを吸収し哺乳類の目に見える波長に変換するナノ粒子を利用しています。ナノ粒子は特に近赤外光を検出でき、人間が見ることのできる範囲をわずかに超えています。

ウェアラブルで非侵襲的な赤外線視覚コンタクトレンズの開発は、人間の視覚を新たな次元へと導くことが期待されています。安全な通信や夜間ナビゲーションから生体イメージング、色覚異常者の支援まで、この技術は私たちの環境認識と相互作用を根本的に変えることを目指しており、何よりも「見えないもの」を見えるようにします。

赤外線量子ドットを用いた次世代イメージング技術について学ぶにはこちらをクリックしてください。

参照された研究:

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). アップコンバージョンコンタクトレンズにより実現されたヒトの近赤外時空間色覚. Cell. https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.04.019