Μια κοινή ερευνητική ομάδα από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ (HMS) και το Γενικό Νοσοκομείο του ΜΙΤ αναφέρει ότι πέτυχε ρύθμιση της εξόδου ενός λέιζερ μικροδίσκου χρησιμοποιώντας τη μέθοδο χάραξης PEC, καθιστώντας μια νέα πηγή για τη νανοφωτονική και τη βιοϊατρική «πολύ υποσχόμενη».
(Η έξοδος του λέιζερ μικροδίσκου μπορεί να ρυθμιστεί με τη μέθοδο χάραξης PEC)
Στα χωράφια τουνανοφωτονικήκαι βιοϊατρική, μικροδίσκοςλέιζερκαι τα λέιζερ νανοδίσκων έχουν γίνει πολλά υποσχόμεναπηγές φωτόςκαι ανιχνευτές. Σε διάφορες εφαρμογές, όπως η φωτονική επικοινωνία σε τσιπ, η βιοαπεικόνιση σε τσιπ, η βιοχημική ανίχνευση και η επεξεργασία πληροφοριών κβαντικών φωτονίων, πρέπει να επιτύχουν έξοδο λέιζερ για τον προσδιορισμό της ακρίβειας μήκους κύματος και της εξαιρετικά στενής ζώνης. Ωστόσο, παραμένει δύσκολη η κατασκευή λέιζερ μικροδίσκων και νανοδίσκων αυτού του ακριβούς μήκους κύματος σε μεγάλη κλίμακα. Οι τρέχουσες διαδικασίες νανοκατασκευής εισάγουν την τυχαιότητα της διαμέτρου του δίσκου, γεγονός που καθιστά δύσκολη την επίτευξη ενός καθορισμένου μήκους κύματος στην επεξεργασία και παραγωγή μάζας λέιζερ. Τώρα, μια ομάδα ερευνητών από την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και το Κέντρο Wellman για το Γενικό Νοσοκομείο της ΜασαχουσέτηςΟπτοηλεκτρονική Ιατρικήέχει αναπτύξει μια καινοτόμο τεχνική οπτοχημικής χάραξης (PEC) που βοηθά στον ακριβή συντονισμό του μήκους κύματος λέιζερ ενός λέιζερ μικροδίσκου με ακρίβεια υπονανομέτρου. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Advanced Photonics.
Φωτοχημική χάραξη
Σύμφωνα με αναφορές, η νέα μέθοδος της ομάδας επιτρέπει την κατασκευή λέιζερ μικροδίσκων και συστοιχιών λέιζερ νανοδίσκων με ακριβή, προκαθορισμένα μήκη κύματος εκπομπής. Το κλειδί για αυτήν την ανακάλυψη είναι η χρήση της χάραξης PEC, η οποία παρέχει έναν αποτελεσματικό και κλιμακωτό τρόπο για τη λεπτή ρύθμιση του μήκους κύματος ενός λέιζερ μικροδίσκων. Στα παραπάνω αποτελέσματα, η ομάδα έλαβε με επιτυχία μικροδίσκους φωσφορίωσης ινδίου-γαλλίου αρσενικούχου καλυμμένους με πυριτία στη δομή της στήλης φωσφιδίου του ινδίου. Στη συνέχεια, ρύθμισαν με ακρίβεια το μήκος κύματος λέιζερ αυτών των μικροδίσκων σε μια καθορισμένη τιμή, πραγματοποιώντας φωτοχημική χάραξη σε αραιωμένο διάλυμα θειικού οξέος.
Διερεύνησαν επίσης τους μηχανισμούς και τη δυναμική συγκεκριμένων φωτοχημικών (PEC) χαρακτικών. Τέλος, μετέφεραν τη συστοιχία μικροδίσκων με συντονισμένο μήκος κύματος σε ένα υπόστρωμα πολυδιμεθυλοσιλοξάνης για να παράγουν ανεξάρτητα, απομονωμένα σωματίδια λέιζερ με διαφορετικά μήκη κύματος λέιζερ. Ο μικροδίσκος που προέκυψε παρουσιάζει ένα εξαιρετικά ευρυγώνιο εύρος ζώνης εκπομπής λέιζερ, με τολέιζερστη στήλη μικρότερο από 0,6 nm και το απομονωμένο σωματίδιο μικρότερο από 1,5 nm.
Άνοιγμα της πόρτας στις βιοϊατρικές εφαρμογές
Αυτό το αποτέλεσμα ανοίγει τον δρόμο για πολλές νέες νανοφωτονικές και βιοϊατρικές εφαρμογές. Για παράδειγμα, τα αυτόνομα λέιζερ μικροδίσκων μπορούν να χρησιμεύσουν ως φυσικοοπτικοί γραμμωτοί κώδικες για ετερογενή βιολογικά δείγματα, επιτρέποντας την επισήμανση συγκεκριμένων τύπων κυττάρων και τη στόχευση συγκεκριμένων μορίων σε πολλαπλή ανάλυση. Η επισήμανση ανά τύπο κυττάρου πραγματοποιείται επί του παρόντος χρησιμοποιώντας συμβατικούς βιοδείκτες, όπως οργανικά φθοροφόρα, κβαντικές κουκκίδες και φθορίζουσες χάντρες, οι οποίοι έχουν μεγάλο πλάτος γραμμής εκπομπής. Έτσι, μόνο λίγοι συγκεκριμένοι τύποι κυττάρων μπορούν να επισημανθούν ταυτόχρονα. Αντίθετα, η εξαιρετικά στενής ζώνης εκπομπή φωτός ενός λέιζερ μικροδίσκων θα είναι σε θέση να αναγνωρίσει περισσότερους τύπους κυττάρων ταυτόχρονα.
Η ομάδα δοκίμασε και επέδειξε με επιτυχία σωματίδια λέιζερ μικροδίσκων με ακριβή ρύθμιση ως βιοδείκτες, χρησιμοποιώντας τα για την επισήμανση καλλιεργημένων φυσιολογικών επιθηλιακών κυττάρων μαστού MCF10A. Με την εξαιρετικά ευρεία ζώνη εκπομπής τους, αυτά τα λέιζερ θα μπορούσαν ενδεχομένως να φέρουν επανάσταση στη βιοαισθητήρα, χρησιμοποιώντας αποδεδειγμένες βιοϊατρικές και οπτικές τεχνικές όπως η κυτταροδυναμική απεικόνιση, η κυτταρομετρία ροής και η πολυ-ομική ανάλυση. Η τεχνολογία που βασίζεται στην χάραξη PEC σηματοδοτεί μια σημαντική πρόοδο στα λέιζερ μικροδίσκων. Η επεκτασιμότητα της μεθόδου, καθώς και η ακρίβειά της σε υπονανόμετρα, ανοίγει νέες δυνατότητες για αμέτρητες εφαρμογές λέιζερ σε νανοφωτονικές και βιοϊατρικές συσκευές, καθώς και γραμμωτούς κώδικες για συγκεκριμένους κυτταρικούς πληθυσμούς και αναλυτικά μόρια.
Ώρα δημοσίευσης: 29 Ιανουαρίου 2024