ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนี้อาจเปลี่ยนแปลงทุกสิ่งทุกอย่างได้

การค้นพบเกี่ยวกับวิธีการนำกระแสไฟฟ้าผ่านอนุภาคของวัสดุที่เคยถูกมองว่าเป็น "ฉนวน" อย่างสมบูรณ์นั้น สัญญาว่าจะพลิกโฉมเทคโนโลยี LED อย่างสิ้นเชิง และเปิดโอกาสในการใช้งานที่ไม่เคยมีมาก่อนในด้านชีวการแพทย์

ไดโอดเปล่งแสง (LED) คือแหล่งกำเนิดแสงที่เปล่งแสงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

เทคโนโลยี LED ได้กลายเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในชีวิตยุคใหม่ ตั้งแต่จอทีวีขนาดใหญ่ไปจนถึงหลอดไฟที่ใช้ในชีวิตประจำวัน ผู้ใช้ยังคุ้นเคยกับเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น OLED และ QLED อีกด้วย

การทำลายกำแพงกั้น

เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดไฟไส้และหลอดไฟฟลูออเรสเซนต์ขนาดกะทัดรัดที่มีความสว่างเท่ากัน หลอดไฟ LED ใช้พลังงานไฟฟ้าเพียง 1/10 และ 1/2 ตามลำดับ และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าหลายเท่า

ถึงแม้ว่าวัสดุชนิดนี้จะถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลาย แต่ก็มีข้อเสียร้ายแรงอยู่ข้อหนึ่ง คือมันไม่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน อย่างไรก็ตาม งานวิจัยใหม่จากห้องปฏิบัติการคาเวนดิช มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ได้เปลี่ยนแปลงทุกอย่างไปแล้ว

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิทยาศาสตร์ ได้ค้นพบวิธีที่จะบังคับให้อนุภาคฉนวนเหล่านี้สามารถนำไฟฟ้าและเปล่งแสงได้ ซึ่งเป็นการเปิดบทใหม่สำหรับเทคโนโลยีอิเล็กโทรออปติก

การค้นพบ นี้มุ่งเน้นไปที่อนุภาคนาโนแลนทานัม (LnNPs) ที่เป็นฉนวน อนุภาคเหล่านี้ประกอบด้วยธาตุหายาก เช่น นีโอดีเมียมและอิตเตอร์เบียม คุณลักษณะที่โดดเด่นของพวกมันคือความสามารถในการเปล่งแสงสว่างมากเมื่อได้รับแสงกระตุ้น

นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีบังคับให้ LED นำไฟฟ้าและเปล่งแสงได้ ซึ่งเป็นการเปิดบทใหม่สำหรับเทคโนโลยีอิเล็กโทรออปติก ภาพ: Camila Prieto

อย่างไรก็ตาม พวกมันเป็นฉนวนไฟฟ้า ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ล้มเหลวในการทำให้พวกมันนำไฟฟ้าได้ ความพยายามก่อนหน้านี้ต้องใช้ความร้อนสูงมากหรือแรงดันไฟฟ้าสูงมากเพื่อให้ประจุไฟฟ้าสัมผัสกับไอออนแลนทานอยด์ภายใน

เนื่องจากข้อจำกัดนี้ การใช้งานของ LnNPs จึงค่อนข้างจำกัด โดยส่วนใหญ่ใช้ในการถ่ายภาพเนื้อเยื่อส่วนลึกที่ไม่ต้องอาศัยพลังงานไฟฟ้า

เพื่อเอาชนะ "กำแพง" ที่เป็นฉนวนนี้ ทีมวิจัยที่เคมบริดจ์เลือกใช้วิธีการที่แตกต่างออกไป แทนที่จะพยายามเจาะทะลุด้วยความร้อนหรือแรงดัน พวกเขาเลือกใช้วิธีการที่ละเอียดอ่อนกว่า นั่นคือ การผสมผสานเทคโนโลยีต่างๆ เข้าด้วยกัน

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้สีย้อมอินทรีย์ที่เรียกว่า 9-ACA โมเลกุลของสีย้อมเหล่านี้ถูกนำมาใช้แทนที่ชั้นฉนวนบนพื้นผิวของ LnNPs

การแทนที่ชั้นนอกสุดนี้ทำให้สามารถใช้เทคนิคการชาร์จแบบพิเศษได้ นักวิทยาศาสตร์ฉีดอิเล็กตรอนเข้าไปในชั้นอินทรีย์ใหม่นี้ กระบวนการนี้สร้างเอ็กซิตอน ซึ่งเป็นสถานะกระตุ้นของอิเล็กตรอน จากนั้นพลังงานจะถูกถ่ายโอนไปยังไอออนแลนทานอยด์ภายใน ทำให้ไอออนเหล่านั้นเรืองแสง

การศึกษาชิ้นนี้ยังชี้ให้เห็นว่าอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดในการทดลองก่อนหน้านี้คือช่องว่างพลังงานของ LnNPs

ด้วยการแทนที่ชั้นฉนวนด้วยวัสดุอินทรีย์ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ได้เชื่อมช่องว่างนี้ ทำให้พลังงานไฟฟ้าสามารถกระตุ้นการเรืองแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับอนาคตของเทคโนโลยีชีวการแพทย์

ผลลัพธ์จากกระบวนการผสมผสานนี้เป็นที่น่าประทับใจอย่างแท้จริง ไฟ LED รุ่นใหม่ (หรือที่รู้จักกันในชื่อ LnLEDs) ผลิตแสงอินฟราเรดใกล้ (NIR) ที่มีความบริสุทธิ์เกือบสมบูรณ์แบบ

ในความเป็นจริง จากการทดสอบพบว่า LED แบบไฮบริดนี้มีประสิทธิภาพเหนือกว่า LED อินฟราเรดแบบอินทรีย์ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในตลาด นอกจากนี้ยังโดดเด่นทั้งในด้านความแคบของสเปกตรัม (ความบริสุทธิ์ของสี) และประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การค้นพบนี้ไม่ได้เป็นเพียงแค่ทฤษฎีในห้องทดลอง แต่ยังเปิดโอกาสให้เกิดการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้าน การแพทย์ และเทคโนโลยีชีวการแพทย์

ปัจจุบัน แพทย์จำเป็นต้องใช้รังสีเอกซ์หรือเครื่องเอ็มอาร์ไอเพื่อตรวจดูส่วนลึกภายในร่างกาย เนื่องจากวิธีการทางแสงอื่นๆ ที่ใช้แสงที่มองเห็นได้นั้นถูกปิดกั้นโดยผิวหนังและเลือด

ในขณะเดียวกัน แสง NIR อยู่ใน "ช่วงคลื่นแสงที่สิ่งมีชีวิตสามารถผ่านได้" เนื่องจากสามารถทะลุผ่านผิวหนังและเนื้อเยื่ออ่อนได้ง่ายกว่าแสงปกติ

เทคโนโลยี LED ใหม่ผลิตแสงอินฟราเรดใกล้ (NIR) ที่มีความบริสุทธิ์เกือบสมบูรณ์แบบ สิ่งนี้เปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับวงการแพทย์ เนื่องจากสามารถตรวจสอบอวัยวะภายในหรือหลอดเลือดที่อยู่ลึกใต้ผิวหนังได้อย่างแม่นยำโดยใช้เพียงแผ่นแปะผิวหนังที่มี LED ขนาดเล็ก (LnLED) ภาพ: ตัวอย่าง

อย่างไรก็ตาม วัสดุเรืองแสงอินทรีย์ในปัจจุบันมักจะเปลี่ยนสีหลังจากได้รับแสงในระยะเวลาสั้นๆ ซึ่งขัดขวางการตรวจสอบในระยะยาว

ด้วยความเสถียรของธาตุหายาก เทคโนโลยี LnLEDs จึงมีศักยภาพที่จะเอาชนะปัญหาดังกล่าวได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์สำหรับการถ่ายภาพที่ไม่ซีดจาง ส่งผลให้สามารถสังเกตเนื้อเยื่อของร่างกายได้ชัดเจนยิ่งกว่าที่เคย

แพทย์สามารถใช้แผ่นแปะผิวหนังที่มีหลอดไฟ LED เลเซอร์ชนิด LnLED เพื่อตรวจสอบสภาพของอวัยวะภายในหรือหลอดเลือดที่อยู่ลึกใต้ผิวหนังได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลาหลายวันโดยไม่ต้องทำการผ่าตัด

นอกจากนี้ การผสมผสานวัสดุอินทรีย์และอนินทรีย์ยังช่วยสร้างอุปกรณ์ที่มีความยืดหยุ่นและทนทานมากขึ้น ที่สำคัญกว่านั้น ทีมวิจัยระบุว่าวิธีการนี้สามารถนำไปใช้กับวัสดุฉนวนประเภทอื่นได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่การทดลองและสิ่งประดิษฐ์ใหม่ ๆ อีกมากมาย

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