Совместная исследовательская группа из Гарвардской медицинской школы (HMS) и Главного госпиталя Массачусетского технологического института заявила, что им удалось настроить выход микродискового лазера с помощью метода травления PEC, что делает новый источник для нанофотоники и биомедицины «многообещающим».
(Мощность лазера на микродиске можно регулировать методом травления PEC)
В областяхнанофотоникаи биомедицина, микродисклазерыи нанодисковые лазеры стали перспективнымиисточники светаи зонды. В ряде приложений, таких как внутричиповая фотонная связь, внутричиповая биовизуализация, биохимические датчики и обработка квантовой фотонной информации, необходимо обеспечить лазерную выходную мощность для определения длины волны и сверхузкой точности полосы пропускания. Однако производство микродисковых и нанодисковых лазеров с такой точной длиной волны в больших масштабах по-прежнему представляет собой сложную задачу. Современные процессы нанопроизводства вносят случайность в диаметр диска, что затрудняет получение заданной длины волны при лазерной массовой обработке и производстве. В настоящее время группа исследователей из Гарвардской медицинской школы и Центра Уэллмана Массачусетской больницы общего профиляОптоэлектронная медицинаразработала инновационный метод оптохимического травления (ПХТ), позволяющий точно настраивать длину волны микродискового лазера с субнанометровой точностью. Работа опубликована в журнале Advanced Photonics.
Фотохимическое травление
Согласно отчётам, новый метод, разработанный группой, позволяет изготавливать микродисковые лазеры и массивы нанодисковых лазеров с точными, заранее заданными длинами волн излучения. Ключевым моментом этого прорыва является использование метода электрохимического травления (PEC), который обеспечивает эффективный и масштабируемый способ точной настройки длины волны микродискового лазера. В представленных выше результатах группа успешно получила микродиски, фосфатированные арсенидом индия-галлия, покрытые кремнием, на столбчатой структуре из фосфида индия. Затем они точно настроили длину волны лазера этих микродисков на заданное значение, проведя фотохимическое травление в разбавленном растворе серной кислоты.
Они также исследовали механизмы и динамику специфического фотохимического травления (ФТ). Наконец, они перенесли массив микродисков с регулируемой длиной волны на полидиметилсилоксановую подложку для получения независимых изолированных лазерных частиц с различными длинами волн лазера. Полученный микродиск демонстрирует сверхширокую полосу лазерного излучения, при этомлазерна колонке менее 0,6 нм и изолированной частицы менее 1,5 нм.
Открывая двери биомедицинским приложениям
Этот результат открывает путь ко множеству новых нанофотонных и биомедицинских приложений. Например, автономные микродисковые лазеры могут служить физико-оптическими штрихкодами для гетерогенных биологических образцов, позволяя маркировать определенные типы клеток и нацеливать специфические молекулы в мультиплексном анализе. В настоящее время маркировка, специфичная для определенного типа клеток, осуществляется с использованием традиционных биомаркеров, таких как органические флуорофоры, квантовые точки и флуоресцентные микрочастицы, обладающие широкой линией излучения. Таким образом, одновременно можно маркировать лишь несколько определенных типов клеток. В отличие от этого, сверхузкополосное излучение микродискового лазера позволит одновременно идентифицировать большее количество типов клеток.
Группа исследователей протестировала и успешно продемонстрировала использование точно настроенных микродисковых лазерных частиц в качестве биомаркеров, используя их для маркировки культивируемых нормальных эпителиальных клеток молочной железы MCF10A. Благодаря сверхширокополосному излучению эти лазеры потенциально могут произвести революцию в биосенсорике, используя проверенные биомедицинские и оптические методы, такие как цитодинамическая визуализация, проточная цитометрия и мультиомный анализ. Технология, основанная на PEC-травлении, знаменует собой значительный прорыв в области микродисковых лазеров. Масштабируемость метода и его субнанометровая точность открывают новые возможности для бесчисленных применений лазеров в нанофотонике и биомедицинских устройствах, а также для создания штрихкодов для определенных популяций клеток и аналитических молекул.
Время публикации: 29 января 2024 г.