Uusi nanokeksintö voi tuoda mikroskoopin ominaisuudet älypuhelimeen

Tutkijaryhmä suunnitteli maailman pienimmän spektrometrin. Sen ansiosta jopa älypuhelimen kameralla voi tulevaisuudessa arvioida esimerkiksi lääkkeiden ja elintarvikkeiden laatua.
nanowire spectrometer imaging a cell. image ella maru studio
Taiteilijan näkemys nanolankaspektrometristä kuvantamassa solua. Kuva: Ella Maru Studio.

Spektrometri on valon spektriä mittaava laite, jota käytetään laajasti teollisuudessa ja tieteellisessä tutkimuksessa. Optisilla spektrometreillä voidaan tutkia niin miljoonien valovuosien päässä olevia galakseja kuin proteiinimolekyylien ominaisuuksia.  Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat yhdessä kansainvälisten kollegoidensa kanssa kehittäneet maailman pienimmän, vain yksittäisestä nanolangasta koostuvan spektrometrin. Cambridgen yliopiston johtama tutkimus julkaistiin juuri Science-lehdessä.

Suurin osa spektrometreista mittaa valon eri spektrikomponentteja erillisillä elementeillä, mikä tekee laitteiden kutistamisesta kolikkoa pienemmiksi haastavaa.  Nyt kehitetty laite on kooltaan vain alle tuhannesosa aiemmissa tutkimuksissa kehitetyistä laitteista. Tutkijat käyttivät nanolankaa, jonka materiaalikoostumus vaihtelee sen eri kohdissa. Nanolangan eri osiot reagoivat näkyvän valon spektrin eri väreihin. Osioista saatavat yksittäiset vasteet syötetään tietokonealgoritmiin, jolla voidaan rekonstruoida saapuvan valon spektri.

 ”Nanolangan ainutlaatuinen rakenne mahdollistaa valon eri värien tehokkaan erottelun”, sanoo professori Zhipei Sun Aalto-yliopistosta.

”Lähestymistapamme mahdollistaa spektroskopialaitteiden ennennäkemättömän pienentämisen. Ne voidaan asentaa suoraan älypuhelimiin ja saada näin laboratorion tehokkaat analyysitekniikat käden ulottuville”, sanoo tutkimusta johtanut Tawfique Hasan Cambridgen yliopistosta.

Implanteista älylaitteisiin

Yksi lupaavimmista käyttökohteista on biologia. Koska laite on niin pieni, sillä voidaan kuvantaa yksittäisiä soluja suoraan ilman mikroskooppia. Toisin kuin muissa kuvantamistekniikoissa, nanolankaspektrometrilla kerätyt tiedot sisältävät yksityiskohtaisen analyysin jokaisen pikselin kemiallisesta sormenjäljestä. 

Älypuhelimeen asennettua nanospektrometriä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi elintarvikkeiden tuoreuden tai lääkkeiden laadun arvioinnissa sekä väärennettyjen esineiden tunnistamisessa.

”Uusia nanolankalaitteita, joilla on ennätysmäinen peittoalue ja laaja spektrivaste, voidaan hyödyntää hyvin erilaisissa akateemisissa ja teollisissa sovelluksissa, kuten biologisissa implanteissa ja puettavissa älylaitteissa”, Zhipei Sun sanoo.

Aalto-yliopistossa tutkitaan nanolankojen valmistusta ja ominaisuuksia sekä kehitetään niiden avulla uusia sovellutuksia fotoniikkaan ja kvanttiteknologiaan.

Julkaisutiedot:

Zongyin Yang et al. ‘Single nanowire spectrometers.’ Science (2019). DOI: 10.1126/science.aax8814

Lisätietoja

Zhipei Sun

Zhipei Sun

Elektroniikan ja nanotekniikan laitos
Professori (Associate Professor)
aalto2 andaalto1 satellites

Elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Teemme Elektroniikan ja nanotekniikan laitoksella laaja-alaista tutkimusta sähkömagneettisen, mikro- ja nanoteknologian, radiotekniikan ja avaruusteknologian aloilla. Ensimmäinen suomalainen satelliitti Aalto-1 toteutettiin laitoksella opiskelijahankkeena.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Ekosetti-opas
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Audiovisuaalisen alan ensimmäinen eko-opas ohjaa kohti kestävämpää tuotantoa

Tavoitteena on edistää alan työkulttuurin muuttumista ekologisemmaksi.
Illustration on beige background: two students painting a big yellow lightbulb.
Tiedotteet, Opinnot Julkaistu:

Hae Aalto Thesis -projektiin: Väestörekisterikeskus – Design System in Digital Public Sector!

Aalto Thesis -ohjelman opiskelijahaku on auki. Lue lisää Väestörekisterikeskuksen projektista ja hae mukaan!
The cover that was submitted for Energy and Environment Sciences
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ilmastointi on energiasyöppö, joka yleistyy valtavaa vauhtia – auringolla voidaan kattaa merkittävä osa sen energiantarpeesta

Kansainvälisen tutkijaryhmän mukaan ilmastointi nielee vuosisadan lopulla jopa 35 kertaa enemmän energiaa kuin nykypäivänä.
An illustration of a ray of light causing the eye to find a route through a maze in the brain. Illustration by Safa Hovinen.
Tiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Pilkkopimeässä tehty tutkimus valaisee aivojen toimintaa ennennäkemättömällä tarkkuudella

Neurotieteilijät selvittivät ensi kertaa yksittäisten hermoimpulssien tarkkuudella, miten aivot ohjaavat nisäkkään käyttäytymistä.