Dünyanın En Küçük LED’i Telefonunuzu Mikroskoba Dönüştürebilir
Araştırmacılar, akıllı telefonunuzun kamerasını taşınabilir, yüksek çözünürlüklü bir mikroskoba dönüştürmek de dahil olmak üzere çok çeşitli potansiyel uygulamalara kapı açan dünyanın en küçük silikon LED ve holografik mikroskobunu yarattı.
Fotonik, fotonların iletimi ve özellikleri ile ilgili teknoloji alanıdır. Fotonik alanındaki gelişmeler, optik veri iletişimi, görüntüleme, yaşam bilimleri ve sağlık hizmetleri ile aydınlatma ve ekranlar dahil olmak üzere çok çeşitli alanlarda yeniliklere yol açmıştır.
Fotonik çipler aydınlatma alanında uzun bir yol kat ederken, çip üzerinde küçük, parlak bir ışık yayıcıyı entegre etmek zor olmaya devam etti. Normalde üreticiler, düşük enerji verimliliğine sahip olan ve fotonik çiplerin ölçeklenebilirliğini sınırlayan, çip dışı bir ışık kaynağı kullanmaya başvuruyorlar.
Ancak, dünyanın en küçük silikon ışık yayan diyotunu (LED) geliştiren Singapur-MIT Araştırma ve Teknoloji İttifakı’ndan (SMART) araştırmacılar sayesinde, çip dışı yayıcılar geçmişte kalabilir.
Önceki çip üzerinde yayıcıların standart tamamlayıcı metal oksit yarı iletken ( CMOS ) platformlarına entegre edilmesi zordu. CMOS, günümüz çiplerinin çoğunda kullanılan yarı iletken teknolojisi olan baskılı devre kartı üzerine inşa edilmiş bir entegre devredir. Cep telefonlarında kameranın ‘gözü’ olarak CMOS kullanılmaktadır.
Burada, araştırmacılar minik silikon LED’lerini 55 nm’lik bir CMOS düğümüne diğer fotonik ve elektronik bileşenlerin yanına yerleştirdiler ve hepsi tek bir çipte.
LED’lerinin gerçek dünyadaki bir durumda nasıl kullanılabileceğini test etmek için onu lenssiz bir holografik mikroskoba yerleştirdiler. Lenssiz mikroskoplar, normal mikroskoplardan daha küçüktür ve karmaşık, hassas lens sistemleri gerektirmedikleri için daha ucuzdur. Bir örneği aydınlatmak için bir ışık kaynağı kullanırlar; ışık daha sonra bir CMOS dijital görüntü sensörüne dağılarak, bir bilgisayarın görüntü üretmek için işlediği bir dijital hologram oluşturulur.
Bir görüntünün yeniden oluşturulmasında merceksiz holografik mikroskopi ile zorluklar olabilir. Genellikle, doğru bir rekonstrüksiyon, kaynak ışığın açıklığı ve dalga boyu ve örnek-sensör mesafesi hakkında ayrıntılı bilgi gerektirir. Bu zorluğun üstesinden gelmek için araştırmacılar, holografik mikroskop tarafından görüntülenen nesneleri yeniden yapılandırmak için bir sinir ağı algoritması kullandılar. Sinir ağları, insan beyninin ağlarını taklit eden, zaman içinde doğruluklarını öğrenmek ve iyileştirmek için eğitim verilerine dayanan bilgisayar sistemleridir.
Araştırmacılar, holografik lenslerinin normal bir optik mikroskoptan daha doğru yüksek çözünürlüklü görüntüler sağladığını buldular. Çözünürlüğünün yaklaşık 20 mikrometre (mikron) olduğunu hesapladılar. Bağlam açısından, bir insan derisi hücresi 20 ila 40 mikron çapındadır; bir beyaz kan hücresi yaklaşık 30 mikrondur.
Araştırmacılar, insan doku örnekleri ve bitki tohumları gibi mikroskobik nesnelerin yeniden yapılandırılması da dahil olmak üzere yeni nesil CMOS entegre mikro-LED ve sinir ağları için birçok uygulama görüyor. Ve araştırmacılar, telefonun silikon çipini ve yazılımını değiştirerek, telefonu yüksek çözünürlüklü bir mikroskoba dönüştürerek mevcut akıllı telefon kameralarında kullanılabileceğini söylüyorlar.
Çalışmanın sorumlu yazarı Rajeev Ram, “Merceksiz holografideki muazzam potansiyeline ek olarak, yeni LED’imiz çok çeşitli diğer olası uygulamalara sahip” dedi. “Çünkü dalga boyu, yüksek yoğunluğu ve nano ölçekli emisyon alanı sayesinde LED’imiz, yakın alan mikroskopisi ve implante edilebilir CMOS cihazları dahil olmak üzere biyo-görüntüleme ve biyo-algılama uygulamaları için ideal olabilir.”
Kaynak: Dünyanın En Küçük LED’i Telefonunuzu Mikroskoba Dönüştürebilir
Zihinsel Mahremiyetimiz Tehlikede mi? Yapay Zeka Bir Hastanın Zihnini Okudu