Forscher bauen die „kleinste LED“ und wollen Smartphone-Kameras in holographische Mikroskope verwandeln
Dieses winzige Silizium ist kleiner als die Wellenlänge des Lichts, das es aussendet LED könnte einen großen Durchbruch für die Mikroskopie und mehr bedeuten.
Ein Forschungsteam der Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART) behauptet, die „kleinste LED der Welt“ gebaut zu haben – und sagt, dass die Technologie künftig genutzt werden könnte, um Smartphone-Kameras in hochauflösende Mikroskope zu verwandeln.
„Unser Durchbruch stellt einen Machbarkeitsnachweis dar, der für zahlreiche Anwendungen, die den Einsatz von Mikro-LEDs erfordern, enorme Auswirkungen haben könnte“, behauptet Iksung Kang, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Massachusetts Institute of Technology zum Zeitpunkt des Projekts und Hauptautor der ausführlichen Beschreibung des Artikels die Arbeit. „Zum Beispiel könnte diese LED zu einem Array kombiniert werden, um höhere Beleuchtungsstärken zu erreichen, die für größere Anwendungen erforderlich sind.“
Die kleinste LED der Welt (a.b.c) könnte mit etwas intelligentem maschinellem Lernen künftige Smartphones in Mikroskope verwandeln (d,e,f).
„Darüber hinaus“, fährt Kang fort, „kann dies aufgrund der geringen Kosten und der Skalierbarkeit mikroelektronischer CMOS-Prozesse erfolgen, ohne die Komplexität, Kosten oder den Formfaktor des Systems zu erhöhen. Dies ermöglicht uns, relativ einfach ein Mobiltelefon umzuwandeln.“ Darüber hinaus könnten die Steuerelektronik und sogar der Bildgeber in den gleichen Chip integriert werden, indem die verfügbare Elektronik im Prozess genutzt wird, wodurch eine „All-in-One“-Mikro-LED entsteht, die transformativ sein könnte Feld."
Die vom Team entwickelte Silizium-LED ist definitiv winzig – interessanterweise sogar kleiner als die Wellenlänge des Lichts, das sie aussendet. Trotzdem entspricht seine Lichtintensität der von viel größeren Silizium-LEDs – und es ist leistungsstark genug, um einen Prototyp eines holographischen Mikroskops anzutreiben, was die Grundlage für die Behauptung des Teams bildet, Smartphone-Kameras durch die Integration in Mikroskope umwandeln zu können LEDs auf Siliziumebene.
Damit das Mikroskop – eigenständig oder in ein Smartphone eingebaut – tatsächlich funktioniert, ist jedoch eine clevere Software erforderlich. In diesem Fall handelt es sich bei dieser Software um einen Algorithmus für ein tiefes neuronales Netzwerk, der in der Lage ist, Messungen eines sogenannten „holographischen Mikroskops“ in rekonstruierte Objekte umzuwandeln. Bei Tests erwies sich die Kombination aus Hardware und Software als in der Lage, so kleine Objekte wie Zellen und Bakterien ohne sperrige Optik zu erkennen.
Mithilfe der winzigen LEDs und eines neuronalen Netzwerks hat das Team winzige „holographische Mikroskope“ geschaffen.
„Zusätzlich zu ihrem immensen Potenzial in der linsenlosen Holographie bietet unsere neue LED eine Vielzahl weiterer möglicher Anwendungen“, behauptet Co-Autor Rajeev Ram, Professor für Elektrotechnik am MIT und Co-Autor.
„Da ihre Wellenlänge innerhalb des minimalen Absorptionsfensters biologischer Gewebe liegt, zusammen mit ihrer hohen Intensität und ihrem nanoskaligen Emissionsbereich, könnte unsere LED ideal für Bio-Imaging- und Bio-Sensing-Anwendungen sein, einschließlich Nahfeldmikroskopie und implantierbaren CMOS-Geräten.“ , ist es möglich, diese LED in On-Chip-Fotodetektoren zu integrieren, und sie könnte dann weitere Anwendungen in der On-Chip-Kommunikation, der NIR-Näherungserkennung (Nahinfrarot) und dem On-Wafer-Testen der Photonik finden.“
Der Artikel des Teams über die Silizium-LED wurde in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht, während das tiefe neuronale Netzwerk für die holographische Mikroskopie in einem in Optica veröffentlichten Artikel beschrieben wird – beide unter Open-Access-Bedingungen.