Kvanttipisteteknologia mullistaa terveydenhoito- ja tunnistusteknologian: näe näkymätön

--Käytännössä tämä tarkoittaa, että pystymme mittaamaan erittäin tarkasti haluttua infrapunasäteilyn spektriä aallonpituus kerrallaan. Kun kvanttipisteet ovat tasalaatuisesti samankokoisia, niillä voidaan mitata kapea viivamainen spektri. Mitattu aallonpituus määrittyy kvanttipisteen koosta. Vaikkapa kaasuseoksista voidaan poimia yksi tietty aine mittauskohteeksi, kiteyttää OPEM-tutkimusyksikön johtaja professori Tapio Fabritius.
Infrapuna-alueella olevaa spektriä käytetään monissa sovelluksissa lähes rajattomasti. Lämpökamerojen avulla esimerkiksi paikannetaan rakennuksista lämpövuotoja ja rakennevikoja, etsitään kadonneita ihmisiä, tutkitaan avaruutta, mitataan valtamerten pintalämpötiloja ilmastotutkimuksen tueksi ja hirmumyrskyjen syntymisen ennustamiseksi. Ihmisen terveyden tutkimisessa voidaan mitata vaikkapa pintaverenkierron lämpötilavaihteluita kasvoista, jolloin voidaan analysoida tunnetiloja ja stressaantuneisuutta.
--Meidän kehittämämme materiaalirakenteen avulla infrapunamittaus yleistyy ja kun kustannukset laskevat, käyttöä tulee useampiin paikkoihin ja se muuttaa maailmaa ja luo uusia mahdollisuuksia. Lämpökamerasta ja infrapunamittarista voi tulla yhtä yleinen asia kuin nykyään kamerasta. Tavallisten ihmistenkin käytössä ei enää kuvattaisi ja mitattaisi vain näkyvää aallonpituutta vaan pystyisimme näkemään paljon muutakin. Ikään kuin näkymättömät asiat tulevat näkyviksi, Fabritius vertaa.
Tutkimustulosten ytimessä ovat yhteistyössä kanadalaisen Toronton yliopiston tutkijoiden kanssa kehitetyt kolloidiset kvanttipisteet. Ne ovat pikkuruisia hiukkasia, joissa on 15–150 atomia puolijohdetta ja joille kvanttimekaniikan ilmiöt antavat ainutlaatuiset optiset ja sähköiset ominaisuudet. Pisteiden kokoa säätelemällä tutkijat pystyvät hienosäätämään sitä, miten ne reagoivat valon eri aallonpituuksiin kuten infrapunasäteilyyn, mikä on ihmissilmälle näkymätöntä. Kvanttipisteitä voidaan käyttää sekä valoa tuottavina elementteinä että mittaavina sensoreina.
--Kvanttipisteet on tiedetty pitkään. Tasalaatuinen ohut kalvo, joka muodostuu kvanttipisteistä on todella vaativa rakenne valmistaa edullisesti. Materiaalitekniikan ja valmistustekniikan kombinaatio on tässä se innovaatio. Tutkimustulos on siis se, että tällainen rakenne voidaan nyt valmistaa melko helposti ilman kalliita ja monimutkaisia valmistuslaitteistoja. Korkealuokkaiset lämpötila-anturit ovat nykyisin varsin kalliita. Hyvä infrakamera maksaa kymmeniä tuhansia. Uusi materiaali- ja valmistustekniikka johtavat siihen, että korkealuokkaiset infrapunasensorit ovat edullisempia. Luomamme rakenne muuttaa lämpösäteilyn sähköksi, joten samaa kvanttipisteteknologiaa voisi käyttää myös aurinkokennojen tehokkuuden parantamiseen, Fabritius täsmentää.
OPEM-yksikön hallitsema mustesuihkutulostustekniikka mahdollistaa optoelektronisten laitteiden luomisen suunnittelemalla toiminnallisia musteita, jotka tulostetaan erilaisille pinnoille, esimerkiksi joustaville alustoille, vaatteille tai ihmisiholle. Mustesuihkutulostus edellyttää, että materiaali on nestemäisessä muodossa. Kun kvanttipisteet laitetaan nestemäiseen liuokseen, ne käyttäytyvät kuin punasolut veressä eli ne vajoavat ja muodostavat ryppäitä. Tällöin kvanttipisterakenteen tulostaminen ei onnistu tai sen laatu on huono. Nyt tutkijoiden kehittämällä kvanttipisteliukosella pystytään mustesuihkutulostuksella valmistamaan pisterakenne, jossa sensoreina toimivat pisteet ovat tasaisesti jakautuneena. Kehitetty teknologia on virstanpylväs uudenlaisten alle mikrometrin paksuisten, joustavien ja huokeiden infrapunatunnistuslaitteiden, uuden sukupolven aurinkokennojen ja muiden uudenlaisten fotonijärjestelmien kehittämisessä.
Tutkijoiden artikkeli Stable Colloidal Quantum Dot Inks Enable Inkjet-Printed High-Sensitivity Infrared Photodetectors julkaistiin hiljattain American Chemical Society -tiedeyhteisön vaikutusvaltaisessa julkaisussa. ACS Nano on erittäin arvostettu ja tunnustettu julkaisu nanorakenteiden, -teknologian ja -valmistuksen parissa työskentelevien tutkijoiden ja insinöörien keskuudessa.
--On luonnollisesti erittäin palkitsevaa, että kansainvälinen tiedeyhteisö on tunnustanut kovan työmme, mutta samalla tämä selvitys auttaa meitä ymmärtämään, että edessä on vielä pitkä matka ja paljon kehitettävää. Olemme erityisen tyytyväisiä julkaisuun siksi, että se on tulosta yhteistyöstämme Toronton yliopiston huippuluokan asiantuntijoiden kanssa. Yhdistimme heidän asiantuntemuksensa kvanttipisteiden syntetisoinnista ja oman painetun älykkyyden osaamisemme, sanoo projektia johtanut tutkija dosentti Rafal Sliz Oulun yliopistosta.
--Oululaisten insinöörien ja tutkijoiden vahva optoelektroniikan ja painettavan elektroniikan osaaminen on synnyttänyt monia menestyviä yrityksiä. Tutkijoidemme kehittämät uudet optoelektroniset teknologiat, materiaalit ja menetelmät auttavat Oulua ja Suomea pysymään innovaation terävimmässä kärjessä tällä alalla, kertoo Fabritius.
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Professori Tapio Fabritius
Oulun yliopiston Optoelektroniikan ja mittaustekniikan yksikön johtaja
040 7757054, tapio.fabritius@oulu.fi
Ville WittenbergViestintäasiantuntija
tiedeviestintä: tieto- ja sähkötekniikka, 6G Flagship
Kuvat


Linkit
Tietoja julkaisijasta
Oulun yliopisto on monitieteinen, kansainvälisesti toimiva tiedeyliopisto. Tuotamme uutta tietoa ja ratkaisuja kestävämmän tulevaisuuden rakentamiseksi sekä koulutamme osaajia muuttuvaan maailmaan. Tärkeimmissä yliopistovertailuissa Oulun yliopisto sijoittuu kolmen prosentin kärkeen maailman yliopistojen joukossa. Meitä yliopistolaisia on noin 17 000.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Oulun yliopisto
Liito-oravan koko perimä kartoitettu ensimmäistä kertaa – tehostaa suojelua20.11.2025 13:15:00 EET | Tiedote
Oulun yliopiston tutkijat ovat ensimmäistä kertaa kartoittaneet liito-oravan koko genomin. Vertailugenomin kartoitus tarjoaa tärkeän pohjan tuleville tutkimuksille.
Puettava terveysteknologia tuo tutkimukset lähemmäs ihmistä20.11.2025 06:56:00 EET | Tiedote
Oulun yliopistossa tutkitaan uusia tapoja hyödyntää mikroaaltotekniikkaa terveyden tilan seurannassa ja arvioinnissa. Realistisilla malleilla tehtyjen kokeiden tulokset ovat lupaavia. Rintasyövän havaitsevat liivit, veritulpan tunnistavat säärystimet ja sädehoidon vaikutusta seuraava kypärä ovat esimakua siitä, millaista tulevaisuuden terveydenhuolto voi olla.
Uutta tutkimusta metallin väsymisestä – fysiikkapohjaiset mallit tuovat turvaa ja kilpailuetua20.11.2025 05:55:00 EET | Tiedote
Metallien väsymisvauriot aiheuttavat edelleen suurimman osan koneiden ja rakenteiden rakenteellisista vaurioista, vaikka väsymistieteen historia ulottuu yli sadan vuoden taakse. Kimmo Kärkkäinen tuo Oulun yliopiston väitöstutkimuksessaan esiin, että ilmiön tarkempi ennustaminen on välttämätöntä ja vaatii taustalla olevan fysiikan ymmärtämistä ja mallintamista. Hänen työnsä yhdistää materiaalitieteen, murtumismekaniikan ja klassisen väsymisen tieteet, ja se herättää kiinnostusta myös teollisuudessa.
Tulevaisuuden ledilamppu sekä valaisee että siirtää tietoa19.11.2025 06:42:00 EET | Tiedote
Oulun yliopiston tutkijoiden visioissa valo tekee paljon muutakin kuin valaisee. Valo tarjoaa uudenlaisen tavan siirtää tietoa turvallisesti ja tehokkaasti sekä kerätä käyttöenergiaa älykkäille laitteille.
Väitös: Luoteis-Lapissa sydäntautien riskitekijät vähenivät, mutta lihavuus ja tyypin 2 diabetes yleistyivät 31 seurantavuoden aikana17.11.2025 06:50:00 EET | Tiedote
Tutkimuksen mukaan luoteislappilaisten terveys on Lapin kärkitasoa. Lääkäri Yrjö Perkkiön Oulun yliopistoon tekemä väitöskirja ”Terveyden tekijät Luoteis-Lapissa” tarkastetaan lauantaina 22. marraskuuta kello 13 Muoniossa, Hotelli Oloksen auditoriossa. Väitöskirja tarjoaa arvokasta tietoa subarktisen alueen aikuisväestön terveydentilan ja hyvinvoinnin muutoksista ja ainutlaatuisen pitkittäisnäkökulman suomalaisten terveyteen ja hyvinvointiin. Kolarista kotoisin oleva Perkkiö työskenteli koko lääkärinuransa Muonio–Enontekiön terveyskeskuksessa. Hän aloitti virassaan vuonna 1977 ja jäi eläkkeelle vuonna 2019.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme
