این پیشرفت تکنولوژیکی می‌تواند همه چیز را تغییر دهد.

دیود ساطع کننده نور (LED) منبع نوری است که هنگام اعمال جریان الکتریکی به آن، نور ساطع می‌کند.

فناوری LED به بخش جدایی‌ناپذیر زندگی مدرن تبدیل شده است، از تلویزیون‌های غول‌پیکر گرفته تا لامپ‌های معمولی. کاربران حتی با فناوری‌های جدیدتری مانند OLED و QLED نیز آشنا هستند.

شکستن موانع

در مقایسه با لامپ‌های رشته‌ای و فلورسنت فشرده با روشنایی یکسان، یک لامپ LED به ترتیب تنها ۱/۱۰ و ۱/۲ برق مصرف می‌کند و طول عمر آن چندین برابر بیشتر است.

با وجود کاربرد گسترده، این ماده خاص یک نقص اساسی دارد: اجازه عبور جریان الکتریسیته را نمی‌دهد. با این حال، تحقیقات جدید آزمایشگاه کاوندیش در دانشگاه کمبریج همه چیز را تغییر داده است.

به طور خاص، دانشمندان راهی برای وادار کردن این ذرات عایق به هدایت الکتریسیته و انتشار نور پیدا کرده‌اند که فصل جدیدی را برای فناوری اپتوالکترونیک باز می‌کند.

تمرکز این کشف بر روی نانوذرات عایق لانتانید (LnNPs) است. این ذرات حاوی عناصر خاکی کمیاب مانند نئودیمیوم و ایتربیوم هستند. ویژگی قابل توجه آنها توانایی انتشار نور بسیار روشن هنگام تحریک است.

دانشمندان راهی برای وادار کردن LEDها به هدایت الکتریسیته و انتشار نور پیدا کرده‌اند که فصل جدیدی را برای فناوری اپتوالکترونیک می‌گشاید. عکس: کامیلا پریتو.

با این حال، آنها عایق هستند. پیش از این، دانشمندان نتوانسته بودند آنها را رسانای الکتریسیته کنند. تلاش‌های قبلی به دمای بسیار بالا یا ولتاژ بسیار بالا نیاز داشت تا بار الکتریکی را با یون‌های لانتانید داخل تماس دهد.

به دلیل این مانع، LnNPها قبلاً کاربردهای محدودی داشتند، عمدتاً در تصویربرداری از بافت‌های عمیق که به انرژی الکتریکی متکی نیستند.

برای غلبه بر این «دیوار عایق»، تیم تحقیقاتی کمبریج رویکرد متفاوتی را انتخاب کرد. آنها به جای تلاش برای سوراخ کردن آن با گرما یا فشار، رویکرد ظریف‌تری را برگزیدند: هیبریداسیون.

دانشمندان به طور خاص از یک رنگ آلی به نام 9-ACA استفاده کردند. این مولکول‌های رنگ برای جایگزینی لایه عایق روی سطح LnNPها استفاده شدند.

جایگزینی این لایه بیرونی امکان استفاده از یک تکنیک شارژ ویژه را فراهم می‌کند. دانشمندان الکترون‌ها را به این لایه آلی جدید تزریق می‌کنند. این فرآیند باعث ایجاد اکسیتون‌ها - حالت برانگیخته الکترون‌ها - می‌شود. از اینجا، انرژی به یون‌های لانتانید داخل منتقل می‌شود و باعث درخشش آنها می‌شود.

این مطالعه همچنین اشاره می‌کند که بزرگترین مانع در آزمایش‌های قبلی، شکاف انرژی LnNPها بوده است.

تیم تحقیقاتی دانشگاه کمبریج با جایگزینی لایه عایق با یک ماده آلی، این شکاف را پر کرده و به انرژی الکتریکی اجازه می‌دهد تا به طور مؤثر باعث ایجاد لومینسانس شود.

یک پیشرفت بزرگ برای آینده فناوری زیست پزشکی.

نتایج این فرآیند هیبریداسیون واقعاً چشمگیر است. LED های جدید (که با نام LnLED نیز شناخته می‌شوند) نور نزدیک به مادون قرمز (NIR) را با خلوص تقریباً کامل تولید می‌کنند.

در واقع، در آزمایش‌ها، این LED هیبریدی از اکثر LEDهای NIR ارگانیک موجود در بازار عملکرد بهتری داشت. علاوه بر این، هم از نظر باریکی طیفی (خلوص رنگ) و هم از نظر بهره‌وری انرژی عالی بود.

این کشف فراتر از تئوری آزمایشگاهی صرف است و کاربردهای عملی بی‌شماری را، به ویژه در زمینه‌های پزشکی و فناوری زیست‌پزشکی، پیش روی ما قرار می‌دهد.

در حال حاضر، برای مشاهده اعماق بدن، پزشکان اغلب مجبور به استفاده از اشعه ایکس یا ام آر آی هستند. سایر روش‌های نوری که از نور مرئی استفاده می‌کنند، توسط پوست و خون مسدود می‌شوند.

در همین حال، نور NIR در محدوده‌ی «پنجره‌ی بیولوژیکی» قرار می‌گیرد زیرا می‌تواند راحت‌تر از نور معمولی به پوست و بافت نرم نفوذ کند.

فناوری جدید LED نور نزدیک به مادون قرمز (NIR) را با خلوص تقریباً کامل تولید می‌کند. این امر راه‌های جدیدی را برای پزشکی باز می‌کند، زیرا اندام‌های داخلی یا رگ‌های خونی واقع در اعماق پوست را می‌توان تنها با استفاده از پچ‌های پوستی حاوی LnLED به طور دقیق کنترل کرد. عکس: Specim.

با این حال، مواد لومینسانس آلی فعلی اغلب پس از مدت کوتاهی در معرض قرار گرفتن، نشت می‌کنند و نظارت طولانی مدت را مختل می‌کنند.

به لطف پایداری عناصر خاکی کمیاب، فناوری LnLEDs نوید غلبه کامل بر این مشکل را می‌دهد و امکان ایجاد دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی مقاوم در برابر محو شدن را فراهم می‌کند و امکان مشاهده واضح‌تر بافت‌های بدن را بیش از پیش فراهم می‌کند.

پزشکان می‌توانند از پچ‌های پوستی حاوی LnLED برای نظارت مداوم بر وضعیت اندام‌های داخلی یا رگ‌های خونی واقع در اعماق پوست برای روزها بدون انجام اقدامات تهاجمی استفاده کنند.

علاوه بر این، ترکیب مواد آلی و معدنی، دستگاه‌های انعطاف‌پذیرتر و بادوام‌تری را نیز ایجاد می‌کند. مهم‌تر از آن، تیم تحقیقاتی اظهار داشت که این روش را می‌توان به راحتی برای انواع دیگر مواد عایق نیز به کار برد و راه را برای طیف وسیعی از آزمایش‌ها و اختراعات جدید هموار کرد.

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