Kvanttipisteteknologia mullistaa terveydenhoito- ja tunnistusteknologian: näe näkymätön
16.10.2019 08:45:36 EEST | Oulun yliopisto | Tutkimus

--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
Avaruuden kolonisaatiosta väitellään Oulun yliopiston Puolesta & Vastaan -debattisarjassa3.4.2026 07:52:00 EEST | Tiedote
”Avaruuden kolonisaatio on ratkaisu maapallon ongelmiin” on Oulun yliopiston debattisarjan väite, josta muun muassa avaruustähtitieteen emeritusprofessori Esko Valtaoja esittää oman näkemyksensä. Puolesta & Vastaan -sarjassa väitellään keskiviikkona 8. huhtikuuta Oulun yliopistossa Linnanmaalla.
Suomalaisen vastarinnan salainen keskus sijaitsi New Yorkissa – suhtautuminen jakoi myös Mannerheimin perhettä2.4.2026 06:45:00 EEST | Tiedote
Ensimmäisen sortokauden aikana New Yorkissa toimi merkittävä suomalaisen vastarintaliikkeen strateginen keskus, jossa muun muassa Carl Erik Johan Mannerheim etsi Japanin ja Yhdysvaltojen tukea Suomen itsenäistymiselle samalla, kun hänen veljensä Carl Gustaf Emil Mannerheim palveli Venäjän armeijassa. Asiaan on saatu lisävalaistusta uudesta tutkimuksesta, joka muuttaa käsityksemme suomalaisesta vastarinnasta.
Riskinä uupuminen jo ennen töiden aloittamista – opettajiksi opiskelevien kyynistyminen alaan huolestuttaa tutkijoita31.3.2026 07:32:00 EEST | Tiedote
Peruskoulun opettajista jopa puolet harkitsee säännöllisesti ammatin vaihtamista. Tutkijat kantavat huolta jo opettajankoulutuksen aikana näkyvästä työuupumuksesta ja opiskelijoiden kyynistymisestä.
Uni puhdistaa aivoja – Oulun yliopiston tutkijat löysivät tavan mitata ilmiötä nopeasti ja turvallisesti31.3.2026 05:45:00 EEST | Tiedote
Uni auttaa aivoja puhdistumaan, ja nyt tätä prosessia voidaan mitata ihmisillä täysin kajoamattomasti. Oulun yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jolla aivojen nesteiden liikkeen vilkastumista unen aikana voidaan seurata nopeasti ja turvallisesti ilman varjoaineita.
Epäsäännöllinen nukkumaanmeno lisää sydäntapahtumien riskiä30.3.2026 05:45:00 EEST | Tiedote
Epäsäännöllinen nukkumaanmenoaika keski-iässä voi ennustaa kohonnutta sydän- ja verisuonitautien riskiä. Tuore Oulun yliopiston tutkimus osoitti, että suuret vaihtelut nukkumaanmenoajassa kaksinkertaistivat riskin vakaville sydäntapahtumille erityisesti alle kahdeksan tuntia nukkuvilla.
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
