Najmanji LED za mikroskop visoke rezolucije u telefonu

Fotonika je grana fizike koja proučava mogućnosti razvoja uređaja utemeljenih na svojstvima međudjelovanja svjetlosti i tvari, odnosno područje tehnologije koje se bavi prijenosom i svojstvima fotona. Razvoj u fotonici doveo je do inovacija na brojnim područjima, uključujući optičke podatkovne komunikacije, fotografiju, biološke znanosti, zdravstvenu skrb, rasvjetu i zaslone. 

Istraživači iz znanstvene organizacije SMART (Singapore-MIT Alliance for Research and Technology), razvili su najmanju silicijsku diodu koja emitira svjetlost (LED) na svijetu, širine manje od mikrometra, s intenzitetom usporedivim s puno većim silicijskim LED diodama. 

Prethodne emitere na čipu bilo je teško integrirati u standardne komplementarne platforme metal-oksid-poluvodič (CMOS). CMOS je integrirani krug izgrađen na tiskanoj ploči, poluvodičkoj tehnologiji koja se koristi u većini današnjih čipova. U mobilnim telefonima CMOS se koristi kao 'oko' kamere. 

Ovdje su istraživači postavili svoju sićušnu silicijsku LED diodu u 55 nm CMOS čvor pored ostalih fotonskih i elektroničkih komponenti, sve na jedan čip.

Kako bi testirali može li se njihov LED koristiti u stvarnoj situaciji, stavili su ga u holografski mikroskop bez leća. Mikroskopi bez leća manji su od običnih mikroskopa i jeftiniji jer ne zahtijevaju složene, precizne sustave leća. Oni koriste izvor svjetla za osvjetljavanje uzorka. Svjetlost se zatim raspršuje na CMOS digitalni senzor slike, stvarajući digitalni hologram koji računalo obrađuje da proizvede sliku. 

Kod holografske mikroskopije bez leća može doći do poteškoća u rekonstruiranju slike. Obično točna rekonstrukcija zahtijeva detaljno poznavanje otvora blende i valne duljine izvorne svjetlosti te udaljenosti od uzorka do senzora. Kako bi se suočili s ovom poteškoćom, istraživači su upotrijebili algoritam neuronske mreže za rekonstrukciju objekata promatranih holografskim mikroskopom. Neuronske mreže računalni su sustavi koji oponašaju mreže ljudskog mozga, oslanjajući se na podatke o uvježbavanju kako bi s vremenom naučili i poboljšali svoju točnost. 

Istraživači su otkrili da njihova holografska leća daje točnije slike visoke rezolucije od običnog optičkog mikroskopa. Izračunali su da je njegova rezolucija otprilike 20 mikrona. Za kontekst, stanica ljudske kože ima 20 do 40 mikrona u promjeru, a bijela krvna stanica je oko 30 mikrona. 

Istraživači vide mnoge primjene ove tehnologije, uključujući rekonstrukciju mikroskopskih objekata kao što su uzorci ljudskog tkiva i sjemenke biljaka te kažu da se može koristiti u postojećim kamerama pametnih telefona jednostavnim modificiranjem silikonskog čipa i softvera telefona, pretvarajući telefon u mikroskop visoke rezolucije. 

Studiju objavljenu u časopisu Nature Communications možete pronaći na ovoj poveznici.