Bilim insanların akıllı telefon kameralarını yüksek çözünürlüklü mikroskopa çevirecek, dünyanın en küçük silisyum LED ve holografik mikroskobunu tanıttı.
Fotonik çipler (işleyen bir devre oluşturan iki veya daha fazla fotonik bileşen içeren mikroçipler) aydınlatma alanında uzun bir yol kat ederken, çip üzerinde küçük, parlak bir ışık yayıcıyı entegre etmek zor olmaya devam etti. Normalde üreticiler, düşük enerji verimliliğine sahip olan ve fotonik çiplerin ölçeklenebilirliğini sınırlayan, çip dışı bir ışık kaynağı kullanmak durumundaydılar Fakat dünyanın en küçük silisyum ışık yayan diyotunu (LED) geliştiren Singapur ve MIT Araştırma ve Teknoloji İttifakı’ndan (SMART) araştırmacılar sayesinde, çip dışı ışık yayınlayıcılar(egeçmişte kalabilir.
Cep telefonlarının kameralarında CMOS sensörler kullanılır
Yeni LEDler bir mikrometreden daha az genişlikte olsa da çok daha büyük silisyum LED’lerle aynı yoğunluğa sahiptir. Daha önceki çip emitterlerinin (yayınlayıcı) standart metal oksit yarıiletkenleri(CMOS) platformlarına entegre edilmeleri zordu. CMOS devre kartına entegre olan yarı iletken teknolojisidir. Örneğin, cep telefonlarının kameralarında CMOS sensörler kullanılır. Araştırmacılar çipler 55 nm’lik CMOS düğümler boyunca minik silisyum ledler yerleştirdi. Gerçek dünyada bu sistemi test etmek için lenssiz holografik mikroskopların içine yerleştirdi. Lenssiz mikroskoplar normal mikroskoplara göre daha küçük ve daha ucuzlar çünkü pahalı mercek sistemlerine ihtiyaç duymuyorlar. Örneği aydınlatmak için CMOS görüntü sensörünün üstünden ışık yansıtarak dijital bir hologram yaratarak görüntü üretiyorlar.
Lenssiz holografik mikroskopideki en büyük zorluklardan biri ışık kaynağının dalga boyu, apertür ve numune sensör uzaklığını tam olarak kestirememektir. İşte bu sorunları aşmak için insan beynini taklit eden nöral ağ algoritması kullanıldı. Böylece zamanla öğrenen ve kendini geliştiren bir sistem oluşturuldu.
Araştırmacılar, holografik lenslerinin normal bir optik mikroskoptan daha doğru yüksek çözünürlüklü görüntüler sağladığını buldular. Ayrıca çözünürlüğünün yaklaşık 20 mikrometre (mikron) olduğunu hesapladılar. Bağlam açısından, bir insan deri hücresi 20 ila 40 mikron çapındadır; bir beyaz kan hücresi yaklaşık 30 mikrondur.
Yeni Kullanım Alanları Doğacak
Araştırmacılar yeni nesil CMOS entegre mikro-LED ve nöral ağ sistemlerinin birçok uygulaması olabileceğini vurguluyor. Örneğin; insan doku numuneleri ve bitki tohumları oluşturmada kullanılabilir. Ayrıca araştırmacılar, bu yeni buluş sayesinde telefonların silisyum çipi ve yazılımının güncellenerek telefonu yüksek çözünürlüklü bir mikroskoba çevirebileceğini belirtiyor.
Araştırmacılar, insan doku örnekleri ve bitki tohumları gibi mikroskobik nesnelerin yeniden yapılandırılması da dahil olmak üzere yeni nesil CMOS entegre mikro-LED ve sinir ağları için birçok uygulama görüyor. Ve araştırmacılar, telefonun silikon çipini ve yazılımını değiştirerek, telefonu yüksek çözünürlüklü bir mikroskoba dönüştürerek mevcut akıllı telefon kameralarında kullanılabileceğini söylüyorlar. Çalışmanın sorumlu yazarı Rajeev Ram, “Merceksiz holografideki muazzam potansiyeline ek olarak, yeni LED’imiz çok çeşitli diğer olası uygulamalara sahip” dedi. “Çünkü dalga boyu, yüksek yoğunluğu ve nano ölçekli emisyon alanı sayesinde LED’imiz, near field mikroskopisi ve implante edilebilir CMOS cihazları dahil olmak üzere biyo-görüntüleme ve biyo-algılama uygulamaları için ideal olabilir.”
