Цей технологічний прорив може змінити все.

Відкриття щодо того, як переміщувати електричний струм через частинки матеріалів, які раніше вважалися повністю «ізоляторами», обіцяють повністю переосмислити світлодіодну технологію та відкрити безпрецедентні можливості її застосування в біомедицині.

Світлодіод (LED) – це джерело світла, яке випромінює світло, коли до нього подається електричний струм.

Світлодіодні технології стали невід'ємною частиною сучасного життя, від гігантських телевізійних екранів до звичайних лампочок. Користувачі навіть знайомі з новішими технологіями, такими як OLED та QLED.

Руйнування бар'єрів

Порівняно з лампами розжарювання та компактними люмінесцентними лампами з такою ж яскравістю, світлодіодна лампа використовує лише 1/10 та 1/2 менше електроенергії відповідно, а термін служби у багато разів довший.

Незважаючи на широке використання, цей конкретний матеріал має фатальний недолік: він не пропускає електрику. Однак нове дослідження Кавендішської лабораторії Кембриджського університету все змінило.

Зокрема, вчені знайшли спосіб змусити ці ізоляційні частинки проводити електрику та випромінювати світло, відкривши нову главу в оптоелектронних технологіях.

Основна увага цього відкриття приділяється ізолюючим наночастинкам лантаноїдів (LnNP). Ці частинки містять рідкоземельні елементи, такі як неодим та ітербій. Їхньою чудовою особливістю є здатність випромінювати надзвичайно яскраве світло під час збудження.

Вчені знайшли спосіб змусити світлодіоди проводити електрику та випромінювати світло, відкривши нову главу в оптоелектронних технологіях. Фото: Каміла Прієто.

Однак вони є ізоляторами. Раніше вченим не вдавалося змусити їх проводити електрику. Попередні спроби вимагали надзвичайно високих температур або надзвичайно високої напруги, щоб привести електричний заряд у контакт з іонами лантаноїдів всередині.

Через цей бар'єр LnNP раніше мали обмежене застосування, головним чином у візуалізації глибоких тканин, яка не залежить від електричної енергії.

Щоб подолати цю ізолюючу «стіну», дослідницька група в Кембриджі обрала інший підхід. Замість того, щоб намагатися пробити її теплом чи тиском, вони обрали більш тонкий підхід: гібридизацію.

Зокрема, вчені використовували органічний барвник під назвою 9-ACA. Ці молекули барвника були використані для заміни ізоляційного шару на поверхні LnNPs.

Заміна цього зовнішнього шару дозволяє використовувати спеціальну техніку заряджання. Вчені вводять електрони в цей новий органічний шар. Цей процес створює екситони – збуджений стан електронів. Звідси енергія передається іонам лантаноїдів всередині, змушуючи їх світитися.

Це дослідження також вказує на те, що найбільшою перешкодою в попередніх експериментах була енергетична щілина LnNP.

Замінивши ізоляційний шар органічним матеріалом, дослідницька група Кембриджського університету подолала цю прогалину, дозволивши електричній енергії ефективно запускати люмінесценцію.

Важливий прорив для майбутнього біомедичних технологій.

Результати цього процесу гібридизації справді вражають. Нові світлодіоди (також відомі як LnLED) виробляють світло ближнього інфрачервоного (NIR) діапазону з майже ідеальною чистотою.

Фактично, у тестах цей гібридний світлодіод перевершив більшість існуючих на ринку органічних світлодіодів ближнього інфрачервоного діапазону. Крім того, він відзначився як спектральною вузькістю (чистотою кольору), так і енергоефективністю.

Це відкриття виходить за рамки простої лабораторної теорії та відкриває безліч практичних застосувань, особливо в галузі медицини та біомедичних технологій.

Наразі, щоб зазирнути глибоко всередину тіла, лікарям часто доводиться використовувати рентгенівські промені або МРТ. Інші оптичні методи, що використовують видиме світло, блокуються шкірою та кров’ю.

Тим часом, ближнє інфрачервоне світло потрапляє в «біологічне вікно», оскільки воно може проникати крізь шкіру та м’які тканини легше, ніж звичайне світло.

Нова світлодіодна технологія виробляє світло ближнього інфрачервоного (NIR) діапазону з майже ідеальною чистотою. Це відкриває нові можливості для медицини, оскільки внутрішні органи або кровоносні судини, розташовані глибоко під шкірою, можна точно контролювати, використовуючи лише шкірні ділянки, що містять LnLED. Фото: Specim.

Однак, сучасні органічні люмінесцентні матеріали часто розсіюються після короткого періоду впливу, що порушує довгостроковий моніторинг.

Завдяки стабільності рідкоземельних елементів, технологія LnLED обіцяє повністю подолати цю проблему, дозволяючи створювати стійкі до вицвітання медичні пристрої візуалізації, що дозволять чіткіше, ніж будь-коли раніше, спостерігати за тканинами тіла.

Лікарі можуть використовувати шкірні пластирі, що містять LnLED, для безперервного моніторингу стану внутрішніх органів або кровоносних судин, розташованих глибоко під шкірою, протягом кількох днів без інвазивних процедур.

Крім того, поєднання органічних та неорганічних матеріалів також створює більш гнучкі та довговічні пристрої. Що ще важливіше, дослідницька група заявила, що цей метод можна легко застосувати до інших типів ізоляційних матеріалів, що прокладає шлях для низки нових експериментів та винаходів.

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