Hoe optische implantaten en zelfs displays te verwijderen

In tegenstelling tot de oculairimplantaten van Borges en andere sciencefictionwezens, die bedoeld zijn om een ​​dreigend uiterlijk te geven, zijn optische implantaten in het echte leven onder meer nodig om cellen en weefsels te analyseren: in genetisch geprepareerde cellen kunnen bepaalde functies worden uitgevoerd. . Het gebeurt tijd- en ruimteafhankelijk met lichtpulsen. Dit is onder meer gebaseerd op baanbrekende innovaties Onderzoek naar neuronale activiteit. De tot nu toe ontwikkelde lichtemitterende diodes (LED's) zijn echter groot en trekken de benodigde energie via kabels, waardoor modelorganismen worden aangetast en sommige experimenten worden verhinderd.

advertentie

Het benodigde vermogen kan in principe op verschillende manieren draadloos worden verzonden. De tot nu toe ontwikkelde draadloze methoden hebben echter ook nadelen: de ultrasone transducer heeft bijvoorbeeld direct contact met het weefsel nodig om reflecties te voorkomen, en het ultrasone signaal kan het weefsel aanzienlijk verwarmen. Apparaten gebaseerd op andere methoden zijn erg groot of slechts enkele millimeters lang.

Een onderzoeksteam van de Schotse Universiteit van St. Andrews en de Universiteit van Keulen heeft nu doorbraken bereikt op het gebied van zowel miniaturisatie als schaal: een conventionele spoel pompt energie de kamer in in de vorm van een wisselend magnetisch veld, dat wordt opgevangen door een dunne straal. – Membraanantenne gemaakt van Metglas-materiaal gekoppeld aan magneten. Metglas is een rubberachtige, niet-kristallijne metaallegering die uitzet en comprimeert in overeenstemming met de richting van een veranderend magnetisch veld. Metglas geeft zijn bewegingen door aan een piëzo-elektrische laag van loodzirkoniumtitanaat gebonden aan epoxyhars. Deze tweede laag zet mechanische bewegingen om in elektrische spanning – de draadloze stroombron is klaar.

Anti-parallelle sandwich

Het meest opvallende is echter dat deze elektromagnetische (ME) dubbellaag geschikt is als drager voor organische lichtgevende diodes (organische lichtemitterende diode, OLED). Het team van professor Multi-Gather gebruikt dit voor een sandwichachtige structuur: ze brengen aan weerszijden van de elektromagnetische dubbellaag een organisch luminescerend materiaal aan en vormen zo een elektromagnetische organische dubbele LED (ME-OLED). Omdat de diodes niet-parallel op de voeding zijn aangesloten, gebruiken ze beide helften van het magnetische sinussignaal. Het komt erop neer dat de stroomontvangers, transformatoren en kabels die nodig zijn voor anorganische LED's volledig zijn geëlimineerd.

Voor de stroomvoorziening koos het team voor laagfrequente magnetische wisselvelden rond de 100 kHz. Dit betekent dat ME-OLED kan worden gebruikt op een diepte van enkele centimeters in een wateromgeving. De energie wordt via de resonantiefrequentie van de ME-antenne overgedragen, wat nog meer voordelen oplevert. Net als bij andere antennes is de resonantiefrequentie direct afhankelijk van de lengte van de ME-antenne. Daarom kunnen ME-OLED-displays zelfs op korte afstand afzonderlijk worden geschakeld als er voldoende lengteverschil is – dit voldoet aan de eisen van een meerpixeldisplay.

De ME-OLED-signaalbreedte is ongeveer 7 kHz, dus 28 elementen kunnen worden verwerkt in een 100 kHz brede band met een tussenruimte van 3,5 kHz. De groep implementeerde dit concept aanvankelijk met behulp van drie ME-OLED-displays en resonantiefrequenties van 130,5, 139 en 149 kHz.

Net als bij conventionele antennes geldt voor ME-antennes het volgende: hoe langer het frequentiebereik, hoe korter de afmetingen. Voor het bereik van 100 tot 200 kHz heb je lengtes nodig van 14,9 tot 7,4 mm. In het bereik van 400 tot 500 MHz is 3,7 tot 3 millimeter nodig.

De onderzoekers geloven dat hun methode de weg zal vrijmaken voor een verscheidenheid aan toepassingen op het gebied van draadloze beeldschermen, diepe weefseltherapie, detectie, beeldvorming en geneeskunde. Dit is wellicht de reden waarom eerste auteur Julian Butcher en professor Gaither namens de Universiteit van Keulen een early-stage patent voor de technologie hebben aangevraagd, dat de universiteit nu sinds augustus 2023 in handen heeft. Het onderzoek verscheen in het tijdschrift Science Advances onder de titel “Draadloze, magnetisch aangedreven organische lichtgevende diodes“.

(dz)