Een team van wetenschappers van de Universiteit van St. Andrews heeft een nieuwe manier ontwikkeld om de meest duurzame, lichtgewicht en dunste lichtbron tot nu toe beschikbaar, die de toekomst van mobiele technologieën radicaal zou kunnen veranderen en de weg zou kunnen effenen voor nieuwe ontwikkelingen in de hersenwetenschap.

Geschreven in twee afzonderlijke papers en gepubliceerd in Natuurcommunicatie vandaag (maandag 7 december), het nieuwe onderzoek naar de ontwikkeling van organische leds, geleid door de School of Physics and Astronomy aan de Universiteit van St. Andrews, heeft niet alleen gevolgen voor de toekomstige ontwerpen van mobiele telefoons en tablets, maar kan ook een sleutelrol spelen in neurowetenschappelijk onderzoek en klinische technologieën die worden gebruikt om patiënten met neurologische aandoeningen te helpen.

Met behulp van een combinatie van organische elektroluminescente moleculen, metaaloxide en biocompatibele polymeer beschermingslagen, de wetenschappers creëerden organische LED's die net zo dun en flexibel zijn als de alledaagse huishoudfolie die we thuis gebruiken. De nieuw ontwikkelde lichtbronnen zullen toekomstige implicaties hebben voor digitale displays en kunnen worden gebruikt om lichtere en dunnere displays voor telefoons en tablets te maken; displays die groot zijn als we ernaar kijken, maar dat kan worden opgevouwen of opgerold als het niet in gebruik is.

Op langere termijn, deze nieuwe LED's zouden ook kunnen worden gebruikt bij behandelingen voor neurologische ziekten waarbij lichtgestuurde eiwitten worden ingezet om de hersenactiviteit bij patiënten te moduleren.

Bij eerdere pogingen om ultradunne organische LED's te ontwikkelen, bleek dat ze worstelden met een slechte stabiliteit in lucht en vochtige omgevingen. Echter, de nieuwe LED's bleken extreem robuust te zijn. Uit tests bleek dat ze wekenlang onder water kunnen overleven en bestand zijn tegen blootstelling aan oplosmiddelen en gasplasma's. De LED's kunnen ook duizenden keren rond de rand van een scheermesje worden gebogen en functioneren nog steeds perfect - een eenvoudig experiment dat hun extreme duurzaamheid benadrukt.

De robuustheid, extreme vormfactor en mechanische flexibiliteit van de nieuwe lichtbronnen opent verschillende mogelijkheden voor toekomstig gebruik en toepassingen buiten mobiele technologieën. Bijvoorbeeld, ze kunnen worden geïntegreerd in werkoppervlakken, verpakking en kleding als zelfemitterende indicatoren zonder gewicht en volume aan het product toe te voegen. Verder, hun stabiliteit onder hoge vochtigheid en in water maakt ze bij uitstek geschikt voor draagbare toepassingen die contact met de huid vereisen en voor gebruik als implantaten in biomedisch onderzoek.

Hoofdwetenschapper voor beide studies, Professor Malte Verzamelen van de School of Physics and Astronomy, zei:"Onze organische LED's zijn zeer geschikt om nieuwe hulpmiddelen te worden in biomedisch en neurowetenschappelijk onderzoek en zullen in de toekomst wellicht hun weg naar de kliniek vinden."

Werken met Dr. Stefan Pulver van de School of Psychology and Neuroscience in een aparte studie, de wetenschappers gebruikten licht van een reeks miniatuur organische LED's en een neurowetenschappelijke methode genaamd optogenetica om de voortbeweging van vliegenlarven op een zeer gecontroleerde manier te sturen.

Door licht te leveren aan specifieke lichaamssegmenten van kruipende vliegenlarven, konden de onderzoekers sensorische neuronen op een betrouwbare manier stimuleren en tot zwijgen brengen. Afhankelijk van wanneer en waar licht werd geleverd, larven begonnen vooruit of achteruit te kruipen, met de dynamiek van lichtstimulatie die de snelheid van kruipen en andere aspecten van dierenbewegingen regelt.

"Hoewel het precieze neuronale mechanisme achter de dierlijke reactie onbekend blijft, we zijn nu in een veel betere positie om een ​​reeks hypothesen met betrekking tot de voortbeweging van deze organismen te testen, " legt Dr. Caroline Murawski uit, van de School of Physics and Astronomy en de eerste auteur van de tweede studie.

De onderzoekers combineren momenteel hun doorbraak in het maken van licht, flexibele en robuuste organische LED's met wat ze hebben geleerd over het beheersen van neurale activiteit in vliegen om lichtbronnen te maken die in de hersenen van gewervelde organismen kunnen worden geïmplanteerd. Hierdoor kunnen onderzoekers de hersenfunctie op een minder invasieve en meer veelzijdige manier bestuderen dan bestaande technieken.

Naast het bijdragen aan de toekomstige ontwikkeling van mobiele displays, en het openen van nieuwe wegen voor fundamenteel onderzoek, de technologieën die in deze onderzoeken zijn ontwikkeld, kunnen uiteindelijk worden gebruikt om klinische behandelingen te verbeteren door optische interfaces te creëren die informatie rechtstreeks naar de hersenen van menselijke patiënten met verlies van gezichtsvermogen sturen, gehoor of tastzin.

De papieren, "Een substraatloze, flexibel, en waterbestendige organische lichtgevende diode, " door C. Keum et al, en "Segmentspecifieke optogenetische stimulatie in Drosophila melanogaster met lineaire arrays van organische lichtemitterende diodes, " door C. Murawski et al, zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .