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
Oulun yliopiston opiskelijavalinta on valmistunut1.7.2025 05:51:00 EEST | Tiedote
Oulun yliopiston opiskelijavalinnan tulokset on julkaistu. Syksyllä 2025 yliopiston suomenkielisissä kandidaatti- ja maisteriohjelmissa aloittaa yli 2700 uutta opiskelijaa.
Kemiallinen vakoilija, ksenon, paljastaa esimerkiksi syöpäsolujen jälkiä – Oulussa kehitettiin uusia työkaluja NMR-signaalin tulkintaan30.6.2025 05:02:00 EEST | Tiedote
Ksenonatomi toimii kuin vakoilija, jonka NMR-signaalissa erottuvat ympäristön pienimmätkin muutokset. Oulun yliopiston NMR-tutkimusyksikössä on kehitetty laskennallisteoreettisia työkaluja, jotka avaavat uusia mahdollisuuksia käyttää ksenonkaasua biosensorina.
Susien pääkallot paljastavat susikannan vaihtuneen Fennoskandiassa25.6.2025 05:04:00 EEST | Tiedote
Oulun yliopiston tutkijoiden johtama uusi tutkimus on paljastanut silmiinpistäviä muutoksia Suomen, Norjan ja Ruotsin susien kallon muodossa, mikä heijastaa merkittävää susipopulaation vaihtumista 1900-luvulla.
Euroopan suurin magneettisen resonanssin konferenssi kokoaa lähes 700 tutkijaa Ouluun24.6.2025 07:03:00 EEST | Tiedote
Magneettista resonanssia eri aloilla kemiasta lääketieteeseen soveltavia kansainvälisiä asiantuntijoita kokoontuu Ouluun 6.–10.7.2025 EUROMAR-konferenssiin. Lähes 700 osallistujallaan se on yksi suurimmista Oulussa järjestetyistä kansainvälisistä tieteellisistä kokouksista.
Tutkijat kehittävät älykkäitä bioteknologisia ratkaisuja pohjoisista luonnonvaroista24.6.2025 05:50:00 EEST | Tiedote
Oulun yliopiston johtama uusi tutkimushanke WaVes – Smart Innovative Biotechnology from Arctic Plant-Derived Waxes and NanoBiomaterials keskittyy hyödyntämään arktisista kasveista, kuten pohjoisista marjoista ja kuusen neulasista, saatavia vaha- ja nanobiomateriaaleja korkeaa lisäarvoa tuottavien bioteknologisten sovellusten kehittämisessä. Tavoitteena on edistää kestävää biotaloutta ja luonnonvarojen vastuullista hyödyntämistä erityisesti pohjoisilla alueilla.
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