Oulun yliopisto

Kvanttipisteteknologia mullistaa terveydenhoito- ja tunnistusteknologian: näe näkymätön

Jaa
Oulun yliopiston Optoelektroniikan ja mittaustekniikan yksikön (OPEM) tutkijat ovat saaneet tutkimustuloksensa julkaistua merkittävässä julkaisussa. Tutkijat ovat keksineet uuden menetelmän äärimmäisen herkkien fotoilmaisinten valmistamiseen. He pystyvät valmistamaan tarkkoja infrapunasensoreita aiempaa laadukkaammin ja edullisemmin.
Erikokoiset kolloidiset kvanttipisteet tuottavat kirkkaita värejä violetista tummanpunaiseen ja jopa infrapunasäteilyyn asti. Kuvassa dosentti Rafal Sliz.
Erikokoiset kolloidiset kvanttipisteet tuottavat kirkkaita värejä violetista tummanpunaiseen ja jopa infrapunasäteilyyn asti. Kuvassa dosentti Rafal Sliz.

--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

Kuvat

Erikokoiset kolloidiset kvanttipisteet tuottavat kirkkaita värejä violetista tummanpunaiseen ja jopa infrapunasäteilyyn asti. Kuvassa dosentti Rafal Sliz.
Erikokoiset kolloidiset kvanttipisteet tuottavat kirkkaita värejä violetista tummanpunaiseen ja jopa infrapunasäteilyyn asti. Kuvassa dosentti Rafal Sliz.
Lataa
Kuvio esittelee lyhyesti Oulun yliopiston ja Toronton yliopiston tutkijoiden suorittaman tutkimuksen ydinperiaatteen. Kolloidisista kvanttipisteistä koostuva rakenne on mustesuihkutulostettu, mikä luo aktiivisen sensorielementin.
Kuvio esittelee lyhyesti Oulun yliopiston ja Toronton yliopiston tutkijoiden suorittaman tutkimuksen ydinperiaatteen. Kolloidisista kvanttipisteistä koostuva rakenne on mustesuihkutulostettu, mikä luo aktiivisen sensorielementin.
Lataa

Linkit

Tietoja julkaisijasta

Oulun yliopisto
Oulun yliopisto
Pentti Kaiteran katu 1
90570 Oulu

0294 480 000https://www.oulu.fi/fi

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

Oulun yliopistossa tehtiin viime vuonna 51 keksintöä – maailman henkisen omaisuuden päivää vietetään perjantaina 26.4.24.4.2024 06:52:00 EEST | Tiedote

Oulun yliopistossa tehdään vuosittain kymmeniä uusia keksintöjä, jotka voivat olla alkuja tulevaisuuden innovaatioille. Vuonna 2023 niitä raportoitiin 51. Eniten keksintöilmoituksia tehtiin tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa, 22 kappaletta. Teknillisessä tiedekunnassa ilmoituksia tehtiin 13 sekä biokemian ja molekyylilääketieteen tiedekunnassa 10. Viime vuonna Oulun yliopisto lähti patentoimaan seitsemää keksintöä.

Alaselkäkipuun liittyvää terveyspalvelujen käyttöä ja sairauspoissaoloja voidaan vähentää luokitteluun perustuvalla hoidolla24.4.2024 05:50:00 EEST | Tiedote

Alaselkäkipupotilaiden toipumista voidaan nopeuttaa, lääkärikäyntejä ja kuvantamistutkimuksia vähentää sekä selkäkivusta johtuvia sairauspoissaolopäiviä minimoida luokitteluun perustuvalla hoitomallilla, uusi tutkimus osoittaa. Luokitteluun perustuvassa hoidossa potilaat huomioidaan yksilöllisesti ja terveydenhuollon resursseja kohdennetaan eniten hoitoa tarvitseville.

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
HiddenA line styled icon from Orion Icon Library.Eye