Des chercheurs ont mis au point un capteur de température transparent capable de mesurer précisément et rapidement les changements de température provoqués par la lumière. Cette technologie devrait contribuer à l’avancement de divers dispositifs biologiques appliqués qui reposent sur des changements de température sensibles.
L’effet photothermique utilisant des nanomatériaux plasmoniques a récemment été largement proposé dans divers domaines de bio-application, tels que la stimulation des nerfs cérébraux, l’administration de médicaments, le traitement du cancer et la PCR ultra-rapide en raison de ses propriétés de chauffage uniques utilisant la lumière. Cependant, la mesure des variations de température par phénomènes photothermiques repose encore sur une méthode de mesure indirecte et lente à l’aide d’une caméra thermique, d’où la limitation qu’elle n’est pas adaptée à la mesure locale de la température au niveau d’une seule cellule, qui évolue rapidement au niveau de quelques millisecondes à quelques dizaines de micromètres.
En raison de l’absence d’informations précises sur les changements de température, la technologie à effet photothermique a soulevé des inquiétudes quant à la compréhension des changements biologiques et à l’application clinique stable résultant de changements de température précis, malgré l’effet de diffusion de son application.
En conséquence, l’équipe de recherche conjointe, qui comprenait le professeur Kang Hong-gi du département de génie électrique et d’informatique de la DGIST et le Dr Chung Seung-jun du centre de recherche sur les matériaux hybrides souples du KIST, a développé une technologie de capteur de température qui peut mesurer même des changements de température rapides en moins de quelques millisecondes en utilisant l’effet thermoélectrique, dans lequel un signal de tension est généré par un transfert de charge rapide déclenché par une différence de température.
Le crédit: Horizons des matériaux (2022). DOI : 10.1039/D2MH00813K
En particulier, l’équipe a mis au point une technologie de mesure directe du phénomène photothermique avec une interférence réduite par la lumière en utilisant une couche thermoélectrique organique de PEDOT:PSS transparent, un polymère conducteur adapté au stockage des charges.
Le capteur thermoélectrique PEDOT:PSS mince de 50 nanomètres garantit une transparence élevée à 97% en moyenne dans la zone de lumière visible et peut être directement appliqué à la zone de phénomène photothermique, minimisant les interférences lumineuses pour diverses applications médicales et de bio-ingénierie photothermique. De plus, étant donné qu’un processus de solution à basse température pouvait être utilisé pour le matériau thermoélectrique polymère utilisé, il a été préparé à l’aide d’un processus d’impression à jet d’encre, qui est plus simple à fabriquer qu’un processus général de semi-conducteur, avec un degré élevé de liberté de conception lui donnant ainsi un avantage dans le processus d’impression.
La technologie de capteur de température thermoélectrique transparent développée dans le cadre de cette étude peut être utilisée pour comprendre le mécanisme de l’interface neurale optique pour contrôler l’activité cérébrale à l’aide de la lumière, qui a récemment été largement connue grâce à l’optogénétique. Il s’agit d’une technologie clé dans la mesure où elle peut être utilisée pour analyser les principes du traitement des cellules cancéreuses par une chaleur élevée locale. En outre, on s’attend à ce qu’il puisse être appliqué aux technologies de semi-conducteurs de nouvelle génération, telles que les dispositifs portables, les dispositifs d’affichage transparents et l’analyse de la détérioration locale des semi-conducteurs de puissance, sur la base du principe de fonctionnement sans puissance.
Le professeur Kang Hong-gi du département de génie électrique et d’informatique du DGIST a déclaré : « Il est important que nous proposions une technologie qui mesure directement et précisément l’effet photothermique, dont le plus grand avantage est la génération rapide de chaleur locale », et a ajouté : « Nous attendons avec impatience la possibilité d’une analyse approfondie de la bio-ingénierie et d’une application biomédicale en la combinant avec diverses puces bioélectroniques via des processus micro-semi-conducteurs à l’avenir. »
L’étude a été publiée en ligne dans Horizons matériaux,
Plus d’information:
Junhee Lee et al, Capteurs de température thermoélectriques transparents à haute résolution temporelle pour la détection d’effet photothermique, Horizons des matériaux (2022). DOI : 10.1039/D2MH00813K
Fourni par DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology)