Учёные проекта SMART (Singapore-MIT Alliance for Research and Technology) разработали самый маленький в мире кремниевый светодиод и смогли построить на его основе самый маленький голографический микроскоп, который можно будет установить, например, на смартфон.
Источник изображения: Konstantin Kolosov / pixabay.com
Светодиод производит излучение в ближнем инфракрасном диапазоне (длина волны 1100 нм), а его излучающая площадь составляет 0,14 мкм² при диаметре 400 нм, то есть меньше длины волны. Появление такого компонента может означать прорыв в фотонике — технологической области, связанной с передачей и свойствами фотонов. Эта сфера, в частности, охватывает оптическую передачу данных, технологии визуализации, освещения и дисплеев. Важнейшей проблемой в этой области долгое время было отсутствие достаточно компактных излучателей, из-за чего приходилось использовать внешние источники света с низкой энергоэффективностью, а фотонные чипы было сложно масштабировать.
Авторы изобретения решили испытать рекордно маленький светодиод, изготовив на его основе безлинзовый голографический микроскоп. Такие микроскопы меньше и дешевле обычных, поскольку они не требуют сложной и точной системы линз — её заменяет источник света, освещающий исследуемый образец, а свет попадает на КМОП-матрицу. В результате создаётся цифровая голограмма, которая после компьютерной обработки преобразуется в читаемое изображение. Последнему этапу обычно сопутствуют определённые сложности: необходимо точно знать значение апертуры, длину волны на источнике света и расстояние от образца до сенсора. Преодолеть эту трудность помог алгоритм искусственного интеллекта.
Как оказалось, построенный на этих компонентах микроскоп обеспечивает достаточно высокое разрешение — примерно 20 мкм. Для сравнения, клетка человеческой кожи имеет размер от 20 до 40 мкм, а лейкоцит — 30 мкм. Учёные утверждают, что такой микроскоп можно встроить в смартфон, чтобы изучать при помощи гаджетов, например, человеческие ткани или семена растений. Голографический микроскоп сможет служить для биологической визуализации, создания различных биосенсоров и имплантируемых компонентов.