Liten LED förvandlar din telefonkamera till ett högprecisionsmikroskop

Ingenjörer från Singapore och Massachusetts Institute of Technology har utvecklat en liten lysdiod

som kan byggas in i ett fotoniskt chip ochanvända för att skapa ett holografiskt mikroskop från en vanlig mobiltelefonkamera. Tekniken använder en ljuskälla inbyggd i chipet och ett neuralt nätverk som rekonstruerar data från ett holografiskt mikroskop.

Ljuset i de flesta fotoniska chips kommer frånexterna källor, vilket resulterar i låg total energieffektivitet och begränsar kraftigt skalbarheten av dessa chips, förklarar forskarna. För att lösa detta problem utvecklade de inbäddade källor med olika material som sällsynt jordartsmetalldopat glas, kisel-germaniummaterial (Ge-on-Si) och III-V-halvledarföreningar.

Den färdiga enheten ärEn sub-våglängds-LED integrerad med befintliga halvledarteknologier (CMOS), som kan arbeta vid rumstemperatur, uppvisar hög rumslig intensitet (102 ± 48 mW/cm²) och har den minsta strålningsarean (0,09 ± 0,04 μm²) av alla kända kiselstrålare .

Halvledarskiva (a) med ökadbild av chipet (b) och lysdioden (c). Holografisk mikroskopanordning (d) och rekonstruerad bild (e). Bild: Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART)

För att visa potentialpraktisk tillämpning integrerade forskarna denna lysdiod i ett linjärt holografiskt mikroskop av helkisel i centimeterskala som varken kräver en lins eller ett hål.

Ett vanligt hinder i linslösaholografi - beräkningsrekonstruktion av det visade objektet. Traditionella bildbehandlingsmetoder kräver detaljerad kunskap om experimentuppställningen för korrekt rekonstruktion och är känsliga för svårkontrollerade variabler.

Illustration av rekonstruktionen av bilder erhållna med ett holografiskt mikroskop. Bild: Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART)

Ingenjörer har utvecklat ett neuralt nätverk somövervinner detta hinder. Det kräver ingen förhandsutbildning och låter dig bearbeta bilder från nya ljuskällor utan förkunskaper om källspektrum eller strålprofil. Forskarna konstaterar att tekniken gör det möjligt att förvandla kameror i vardagliga enheter som mobiltelefoner till mikroskop endast genom att modifiera ett kiselchip och mjukvara.

På grund av låg kostnad och skalbarhetCMOS-mikroelektronikprocesser kan göra detta utan att öka komplexiteten, kostnaden eller systemformfaktorn. Detta gör att vi relativt enkelt kan omvandla en mobiltelefonkamera till ett holografiskt mikroskop av denna typ.

Iksung Kang, studiemedförfattare

Läs mer:

Forskare såg först hur en stjärna slukar planeten: detta väntar i slutändan på jorden

Två superjordar finns på kanten av den beboeliga zonen: en av dem har en behaglig temperatur

Moderna människor migrerade till Europa annorlunda än man tidigare trott

På omslaget: Bild av svstudioart på Freepik