新型红外成像仪可以在不接触皮肤的情况下绘制出人的血管

薄,大区域设备将红外光转换为图像

通过烟雾和雾看到。在监测心率的同时映射一个人的血管 - 而不是触及人的皮肤。通过硅晶片观察电子板的质量和组成。这些只是由加利福尼亚大学圣地亚哥的电气工程师领导的研究人员开发的新红外成像器的一些能力。

该成像器检测称为短波红外光的红外光谱的一部分(从1000至1400纳米的波长),其在可见光谱(400至700纳米)的外部。短波红外成像不与热成像混淆,该热成像检测到身体给出的更长的红外波长。

该成像仪通过在感兴趣的物体或地区闪烁短波红外光,然后将反射回到设备的低能量红外光线变成较短,更高的能量波长,以至于人眼可以看到。


红外线成像仪能提供一个人手上清晰的血管图像,并能穿透像硅片这样不透明的物体。信誉:李丽

“它使看不见的光可见,”UC San Diego Jacobs工程学院电气和计算机工程教授Tina Ng说。

虽然红外成像技术已经存在几十年,但大多数系统都是昂贵的,笨重和复杂的,通常需要单独的相机和显示。它们通常也使用无机半导体制成,这些半导体是昂贵的,刚性的并且由诸如砷和铅的有毒元素组成。

红外成像仪

新的红外成像仪具有薄型和紧凑,具有大区域显示。信誉:李丽

吴昌俊的团队开发的红外成像仪克服了这些问题。它将传感器和显示器组合在一个薄设备中,使其紧凑和简单。它是用有机半导体制造的,因此成本低,灵活和安全,适用于生物医学应用。它还提供了比无机同类产品更好的图像分辨率。

《新形象》杂志最近出版先进的功能材料,提供额外的优点。它看到更多的短波红外光谱,从1000到1400纳米 - 现有的类似系统通常只看到1200纳米以下。它还拥有迄今为止的红外成像仪的最大显示尺寸之一:面积2平方厘米。由于成像仪使用薄膜工艺制造,因此扩大甚至更大的显示器是简单且便宜的。

将红外光子激励到可见光子

该成像仪由多个半导体层组成,每层几百纳米薄,层层叠加。其中三层,每一层都由不同的有机聚合物组成,是成像仪的关键部分:一层光电探测器,一层有机发光二极管(OLED)显示层,以及中间的电子阻隔层。

光电探测器层吸收短波红外光(低能量光子),然后产生电流。该电流流到OLED显示层,在那里它被转换成可见图像(高能量光子)。称为电子阻挡层的中间层使OLED显示层保持任何电流。这使得设备能够产生更清晰的图像。

这种将低能量光子转换为高能量照片的过程被称为上转换。这里的特殊之处在于上转换过程是电子化的。第一作者李宁(Ng实验室的博士后研究员)说:“这一技术的优势在于,它可以在一个薄而紧凑的系统中直接实现红外到可见光的转换。”“在一个典型的红外成像系统中,上转换不是电子的,你需要一个探测器阵列来收集数据,一台计算机来处理数据,以及一个单独的屏幕来显示数据。这就是为什么大多数现有系统既笨重又昂贵的原因。”

另一个特别的特点是,该成像仪在提供光学和电子读数方面都很有效。“这让它变得多功能,”李说。例如,当研究人员用红外线照射受试者的手背时,成像器就会提供受试者血管的清晰图像,同时记录受试者的心率。

研究人员还使用他们的红外成像仪通过烟雾和硅晶片来看。在一个演示中,它们在填充有烟雾的小室中放置了用“出口”图案的光掩模。在另一方面,它们将用“UCSD”图案化的光掩模放在硅晶片后面。红外光穿过烟雾和硅,使成像仪可以看到这些演示中的字母。这对于诸如帮助自治车在恶劣天气中看到的应用以及检查硅芯片进行缺陷,这将是有用的。

研究人员目前正致力于提高成像效率。

参考文献:“用于短波红外光探测的双电子和光学读数有机上转换成像仪”,宁利,Naresh Eedugurala, Dong-Seok Leem, Jason D. Azoulay和Tse Nga Ng, 2021年2月19日,先进的功能材料
DOI: 10.1002 / adfm.202100565

共同作者包括南密西西比大学的Naresh Eedugurala和Jason D. Azoulay;三星电子(株)Dong-Seok Leem

这项工作得到了美国国家科学基金会(ECCS-1839361)和三星高等理工学院的支持。这项工作的一部分是在加州大学圣地亚哥分校的圣地亚哥纳米技术基础设施(SDNI)完成的,SDNI是国家纳米技术协调基础设施的成员,该基础设施由美国国家科学基金会(ccs -1542148)支持。

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