Perowskity, zarówno występujące naturalnie, jak i wytwarzane syntetycznie, dają szansę na transformację takich technologii jak tanie, wysokowydajne ogniwa słoneczne czy diody elektroluminescencyjne (LED). Naukowcy na całym świecie starają się zwiększyć ich trwałość i efektywność, a także poszukują nowych możliwości zastosowań.
Badania dr. Somnatha Mahato z Grupy Badawczej Materiały dla Fotoniki nie tylko pozwalają poprawić stabilność perowskitów, lecz także torują drogę do ich innowacyjnego wykorzystania w leczeniu pacjentów. Naukowiec opracował elastyczną diodę LED opartą na perowskicie, emitującą światło mogące przyspieszać gojenie ran. Jeśli standardowe leczenie trwa około 30 dni, dzięki temu rozwiązaniu czas rekonwalescencji mógłby trwać 15 dni lub nawet krócej. Urządzenie można zamontować na elastycznym podłożu i nosić jak plaster, niezależnie od lokalizacji urazu.
Dr Mahato przyjechał do Łukasiewicz – PORT w ramach programu POLONEZ BIS 2, aby opracować elastyczne diody LED do zastosowań biomedycznych. Jego najnowsze badania nad diodami LED z kropkami kwantowymi z perowskitu, poprawą ich stabilności strukturalnej oraz emisji światła – szczególnie w kontekście optoelektroniki – zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Materials.
Światło, które leczy
Kierunek, nad którym obecnie pracuje dr Mahato, wykracza poza tradycyjne zastosowania. – Nasza koncepcja opiera się na artykule opublikowanym w Science w 2017 roku. Autorzy wykazali, że proces gojenia przebiega szybciej w ciągu dnia niż w nocy, ponieważ światło wspiera regenerację – wyjaśnia badacz. – Skupiam się na emisji różnych kolorów światła, ze szczególnym uwzględnieniem światła czerwonego i bliskiej podczerwieni, które – według medycyny – mogą przyspieszać gojenie ran oraz znaleźć inne zastosowania biomedyczne.
Perowskitowe „opatrunki” mogłyby być szczególnie pomocne dla osób starszych, pacjentów z cukrzycą czy sportowców, którzy potrzebują szybkiej rekonwalescencji po urazach.
Stabilne kropki kwantowe
Naukowcy pracują nad uzyskaniem odpowiedniej intensywności i czasu trwania emisji światła, koncentrując się na barwie czerwonej i bliskiej podczerwieni, które wnikają głębiej w tkanki niż światło niebieskie czy zielone. Biomedyczne zastosowanie perowskitów to nowość – do tej pory były one kojarzone głównie z technologią wyświetlaczy.
W ramach międzynarodowej współpracy dr Mahato i inni badacze opracowali metodę wytwarzania stabilnych kropek kwantowych o jasnej emisji czerwonego światła. Zespół opracował nowy proces syntezy, w którym część atomów bromu zastąpiono jodem oraz zastosowano rozwiązania inżynierii materiałowej, co zwiększyło jasność emitowanego światła nawet o 80%. Przeanalizowano również defekty strukturalne wpływające na przewodnictwo i stabilność – okazał się, że odpowiednio kontrolowane mogą one wspomagać transport ładunków.
Takie osiągnięcia otwierają drogę do tworzenia elastycznych, trwałych i wydajnych materiałów perowskitowych – nie tylko do giętkich ekranów czy smartfonów, ale też w przyszłości do biomedycznych „opatrunków świetlnych”. Temat ten jest już opisywany w międzynarodowych mediach naukowych i branżowych, m.in. w Phys.org, Perovskite-Info oraz Nanowerk.
TITAN – mikroskop, który widzi atomy
Kluczowym narzędziem w tych badaniach jest transmisyjny mikroskop elektronowy TITAN KRIOS w Łukasiewicz – PORT, który pozwala obserwować materiały w skali pojedynczych atomów. Obsługa sprzętu tej klasy wymaga ogromnej wiedzy i doświadczenia. – Sama kalibracja zajmuje kilka dni, a przygotowanie próbek jeszcze więcej – mówi dr Sebastian Arabasz, mikroskopista w Łukasiewicz – PORT.
Do niedawna mikroskop ten był jedynym tej klasy urządzeniem w Polsce. Działa w specjalnie zaprojektowanym budynku z „pływającą” podłogą i systemem chłodzenia ścian wodą. – Mikroskopia elektronowa powoli osiąga granice fizyki – nikt nie zobaczy więcej szczegółów. To prawdziwa przygoda z atomami – dodaje dr Arabasz.
Aby zwiększyć szanse na wprowadzenie perowskitowych opatrunków na rynek, naukowcy z Centrum Inżynierii Materiałowej już współpracują z badaczami z Centrum Nauk o Życiu i Biotechnologii – dowodząc, że przełomowe innowacje rodzą się na styku wielu dyscyplin.
