Deze technologische doorbraak zou alles kunnen veranderen.

Ontdekkingen over hoe elektrische stroom door deeltjes van materialen kan worden geleid die voorheen als volledig "isolatoren" werden beschouwd, beloven de LED-technologie volledig te herdefiniëren en ongekende toepassingen in de biomedische sector mogelijk te maken.

Een lichtemitterende diode (LED) is een lichtbron die licht uitstraalt wanneer er een elektrische stroom doorheen loopt.

LED-technologie is een onmisbaar onderdeel van het moderne leven geworden, van gigantische tv-schermen tot gewone gloeilampen. Gebruikers zijn zelfs bekend met nieuwere technologieën zoals OLED en QLED.

Het doorbreken van barrières

Vergeleken met gloeilampen en spaarlampen met dezelfde lichtsterkte, verbruikt een ledlamp respectievelijk slechts 1/10 en 1/2 van de elektriciteit en heeft een vele malen langere levensduur.

Ondanks het wijdverbreide gebruik kent dit specifieke materiaal een fatale tekortkoming: het laat geen elektriciteit door. Nieuw onderzoek van het Cavendish Laboratory aan de Universiteit van Cambridge heeft daar echter verandering in gebracht.

Wetenschappers hebben met name een manier gevonden om deze isolerende deeltjes elektriciteit te laten geleiden en licht uit te stralen, waarmee een nieuw hoofdstuk voor opto-elektronische technologie wordt geopend.

De focus van deze ontdekking ligt op isolerende lanthanide-nanodeeltjes (LnNPs). Deze deeltjes bevatten zeldzame aardmetalen zoals neodymium en ytterbium. Hun opmerkelijke eigenschap is hun vermogen om extreem helder licht uit te zenden wanneer ze worden aangeslagen.

Wetenschappers hebben een manier gevonden om LED's elektriciteit te laten geleiden en licht uit te stralen, waarmee een nieuw hoofdstuk voor opto-elektronische technologie wordt geopend. Foto: Camila Prieto.

Het zijn echter isolatoren. Wetenschappers waren er eerder niet in geslaagd om ze elektrisch geleidend te maken. Eerdere pogingen vereisten extreem hoge temperaturen of extreem hoge spanningen om de elektrische lading in contact te brengen met de lanthanide-ionen binnenin.

Vanwege deze barrière hebben LnNPs tot nu toe slechts beperkte toepassingen gehad, voornamelijk in beeldvorming van diep weefsel waarbij geen elektrische energie nodig is.

Om deze isolerende "muur" te doorbreken, koos het onderzoeksteam in Cambridge voor een andere aanpak. In plaats van te proberen de muur te doorbreken met hitte of druk, kozen ze voor een subtielere methode: hybridisatie.

De wetenschappers gebruikten specifiek een organische kleurstof genaamd 9-ACA. Deze kleurstofmoleculen werden gebruikt om de isolerende laag op het oppervlak van de LnNPs te vervangen.

Door deze buitenste laag te vervangen, wordt een speciale oplaadtechniek mogelijk. Wetenschappers injecteren elektronen in deze nieuwe organische laag. Dit proces creëert excitonen – een aangeslagen toestand van elektronen. Vanuit hier wordt energie overgedragen aan de lanthanide-ionen binnenin, waardoor ze gaan gloeien.

Uit dit onderzoek blijkt tevens dat de grootste hindernis bij eerdere experimenten de energiekloof van LnNPs was.

Door de isolerende laag te vervangen door een organisch materiaal, heeft het onderzoeksteam van de Universiteit van Cambridge deze kloof overbrugd, waardoor elektrische energie op efficiënte wijze luminescentie kan opwekken.

Een belangrijke doorbraak voor de toekomst van de biomedische technologie.

De resultaten van dit hybridisatieproces zijn werkelijk indrukwekkend. De nieuwe LED's (ook wel LnLED's genoemd) produceren nabij-infrarood (NIR) licht met een bijna perfecte zuiverheid.

Sterker nog, in tests presteerde deze hybride LED beter dan de meeste bestaande organische NIR-LED's op de markt. Bovendien blonk hij uit in zowel spectrale smalheid (kleurzuiverheid) als energie-efficiëntie.

Deze ontdekking gaat verder dan louter laboratoriumtheorie en opent de deur naar talloze praktische toepassingen, met name op het gebied van geneeskunde en biomedische technologie.

Om diep in het lichaam te kijken, moeten artsen momenteel vaak röntgenfoto's of MRI-scans gebruiken. Andere optische methoden die gebruikmaken van zichtbaar licht worden geblokkeerd door de huid en het bloed.

NIR-licht valt ondertussen binnen het "biologische venster", omdat het gemakkelijker door de huid en het zachte weefsel kan dringen dan gewoon licht.

Nieuwe LED-technologie produceert nabij-infrarood (NIR) licht met een bijna perfecte zuiverheid. Dit opent nieuwe mogelijkheden voor de geneeskunde, omdat interne organen of bloedvaten diep onder de huid nauwkeurig kunnen worden gemonitord met behulp van huidpleisters die LnLEDs bevatten. Foto: Voorbeeld.

De huidige organische luminescente materialen vertonen echter vaak na een korte blootstellingsperiode lichtafgifte, waardoor monitoring op lange termijn wordt verstoord.

Dankzij de stabiliteit van zeldzame aardmetalen belooft de LnLEDs-technologie dit probleem volledig op te lossen, waardoor de ontwikkeling van lichtechte medische beeldvormingsapparaten mogelijk wordt die een duidelijkere observatie van lichaamsweefsels dan ooit tevoren mogelijk maken.

Artsen kunnen huidpleisters met LnLED's gebruiken om de toestand van interne organen of bloedvaten diep onder de huid dagenlang continu te controleren, zonder invasieve ingrepen.

Bovendien zorgt de combinatie van organische en anorganische materialen voor flexibelere en duurzamere apparaten. Belangrijker nog, het onderzoeksteam stelde dat deze methode eenvoudig kan worden toegepast op andere soorten isolatiematerialen, wat de weg vrijmaakt voor een reeks nieuwe experimenten en uitvindingen.

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