قد يُغير هذا الإنجاز التكنولوجي كل شيء.

الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو مصدر ضوئي ينبعث منه الضوء عند تطبيق تيار كهربائي عليه.

أصبحت تقنية LED جزءًا لا غنى عنه في الحياة العصرية، بدءًا من شاشات التلفزيون العملاقة وصولًا إلى المصابيح الكهربائية اليومية. بل إن المستخدمين على دراية بتقنيات أحدث مثل OLED وQLED.

تحطيم الحواجز

بالمقارنة مع المصابيح المتوهجة والمصابيح الفلورية المدمجة ذات السطوع نفسه، فإن مصباح LED يستخدم 1/10 و 1/2 من الكهرباء فقط، على التوالي، وله عمر أطول بكثير.

على الرغم من استخدامها الواسع، إلا أن هذه المادة تحديداً تعاني من عيب قاتل: فهي لا تسمح بمرور الكهرباء من خلالها. ومع ذلك، فقد غيّر بحث جديد من مختبر كافنديش في جامعة كامبريدج كل ذلك.

على وجه التحديد، وجد العلماء طريقة لإجبار هذه الجسيمات العازلة على توصيل الكهرباء وإصدار الضوء، مما يفتح فصلاً جديداً لتكنولوجيا الإلكترونيات الضوئية.

يركز هذا الاكتشاف على جسيمات اللانثانيدات النانوية العازلة (LnNPs). تحتوي هذه الجسيمات على عناصر أرضية نادرة مثل النيوديميوم والإيتربيوم. وتتميز بقدرتها على إصدار ضوء ساطع للغاية عند تعرضها للإثارة.

توصل العلماء إلى طريقة لإجبار مصابيح LED على توصيل الكهرباء وإصدار الضوء، مما يفتح فصلاً جديداً في تكنولوجيا الإلكترونيات الضوئية. الصورة: كاميلا برييتو.

لكنها مواد عازلة. في السابق، فشل العلماء في جعلها موصلة للكهرباء. تطلبت المحاولات السابقة درجات حرارة عالية للغاية أو فولتيات عالية للغاية لتوصيل الشحنة الكهربائية بأيونات اللانثانيدات الموجودة بداخلها.

بسبب هذا العائق، كانت تطبيقات جسيمات اللانثانيدات النانوية محدودة في السابق، وخاصة في تصوير الأنسجة العميقة الذي لا يعتمد على الطاقة الكهربائية.

للتغلب على هذا "الجدار" العازل، اختار فريق البحث في كامبريدج نهجًا مختلفًا. فبدلاً من محاولة اختراقه بالحرارة أو الضغط، اختاروا نهجًا أكثر دقة: التهجين.

على وجه التحديد، استخدم العلماء صبغة عضوية تسمى 9-ACA. تم استخدام جزيئات الصبغة هذه لاستبدال الطبقة العازلة على سطح جسيمات اللانثانيدات النانوية.

يُتيح استبدال هذه الطبقة الخارجية تقنية شحن خاصة. يقوم العلماء بحقن الإلكترونات في هذه الطبقة العضوية الجديدة. تُنتج هذه العملية إكسيتونات - وهي حالة إثارة للإلكترونات. ومن هنا، تنتقل الطاقة إلى أيونات اللانثانيدات في الداخل، مما يجعلها تتوهج.

وتشير هذه الدراسة أيضًا إلى أن أكبر عقبة في التجارب السابقة كانت فجوة الطاقة لجزيئات اللانثانيدات النانوية.

من خلال استبدال الطبقة العازلة بمادة عضوية، تمكن فريق البحث بجامعة كامبريدج من سد هذه الفجوة، مما يسمح للطاقة الكهربائية بتحفيز التلألؤ بكفاءة.

إنجاز كبير لمستقبل التكنولوجيا الطبية الحيوية.

إن نتائج عملية التهجين هذه مبهرة حقاً. تنتج مصابيح LED الجديدة (المعروفة أيضاً باسم LnLEDs) ضوءاً قريباً من الأشعة تحت الحمراء (NIR) بنقاء شبه مثالي.

في الواقع، أظهرت الاختبارات تفوق هذا الصمام الثنائي الباعث للضوء الهجين على معظم مصابيح LED العضوية العاملة بالأشعة تحت الحمراء القريبة المتوفرة في السوق. علاوة على ذلك، فقد تفوق في كل من ضيق النطاق الطيفي (نقاء اللون) وكفاءة الطاقة.

يتجاوز هذا الاكتشاف مجرد النظرية المختبرية ويفتح آفاقاً لا حصر لها من التطبيقات العملية، وخاصة في مجالات الطب والتكنولوجيا الطبية الحيوية.

حالياً، وللنظر إلى أعماق الجسم، غالباً ما يضطر الأطباء إلى استخدام الأشعة السينية أو التصوير بالرنين المغناطيسي. أما الطرق البصرية الأخرى التي تستخدم الضوء المرئي، فيحجبها الجلد والدم.

وفي الوقت نفسه، يقع ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة ضمن "النافذة البيولوجية" لأنه يستطيع اختراق الجلد والأنسجة الرخوة بسهولة أكبر من الضوء العادي.

تُنتج تقنية LED الجديدة ضوءًا قريبًا من الأشعة تحت الحمراء (NIR) بنقاء شبه مثالي. يفتح هذا آفاقًا جديدة في الطب، حيث يُمكن مراقبة الأعضاء الداخلية أو الأوعية الدموية الموجودة في أعماق الجلد بدقة باستخدام لصقات جلدية تحتوي على مصابيح LED من نوع LnLED فقط. الصورة: Specim.

ومع ذلك، فإن المواد العضوية المضيئة الحالية غالباً ما تتسرب بعد فترة قصيرة من التعرض، مما يعطل المراقبة طويلة المدى.

بفضل استقرار العناصر الأرضية النادرة، تعد تقنية LnLEDs بالتغلب تمامًا على هذه المشكلة، مما يتيح إنشاء أجهزة تصوير طبي مقاومة للتلاشي، مما يسمح بمراقبة أنسجة الجسم بشكل أوضح من أي وقت مضى.

يمكن للأطباء استخدام رقع جلدية تحتوي على مصابيح LED من نوع LnLED لمراقبة حالة الأعضاء الداخلية أو الأوعية الدموية الموجودة في أعماق الجلد بشكل مستمر لعدة أيام دون الحاجة إلى إجراءات جراحية.

علاوة على ذلك، يُسهم دمج المواد العضوية وغير العضوية في إنتاج أجهزة أكثر مرونة ومتانة. والأهم من ذلك، ذكر فريق البحث أن هذه الطريقة قابلة للتطبيق بسهولة على أنواع أخرى من مواد العزل، مما يمهد الطريق أمام مجموعة من التجارب والاختراعات الجديدة.

المصدر: https://znews.vn/dot-pha-cong-nghe-nay-co-the-thay-doi-moi-thu-post1616610.html