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».
(Выходную мощность микродискового лазера можно регулировать методом травления PEC)
В областяхнанофотоникаи биомедицина, микродисклазерыи нанодисковые лазеры стали многообещающимиисточники светаи зонды. В нескольких приложениях, таких как встроенная фотонная связь, встроенная биовизуализация, биохимическое зондирование и обработка квантовой фотонной информации, им необходимо достичь лазерного выхода при определении длины волны и точности сверхузкой полосы. Однако по-прежнему сложно производить микродисковые и нанодисковые лазеры с такой точной длиной волны в больших масштабах. Текущие процессы нанопроизводства вносят случайность диаметра диска, что затрудняет получение заданной длины волны при лазерной массовой обработке и производстве. Теперь группа исследователей из Гарвардской медицинской школы и Центра Уэллмана Массачусетской больницы общего профиляОптоэлектронная медицинаразработала инновационную технологию оптохимического (ПЭК) травления, которая помогает точно настроить длину волны лазера микродискового лазера с точностью до субнанометра. Работа опубликована в журнале Advanced Photonics.
Фотохимическое травление
Согласно отчетам, новый метод команды позволяет изготавливать микродисковые лазеры и нанодисковые лазерные массивы с точными, заранее определенными длинами волн излучения. Ключом к этому прорыву является использование травления PEC, которое обеспечивает эффективный и масштабируемый способ тонкой настройки длины волны микродискового лазера. В приведенных выше результатах команда успешно получила фосфатные микродиски из арсенида индия-галлия, покрытые кремнием на колончатой структуре из фосфида индия. Затем они настроили длину волны лазера этих микродисков точно на определенное значение, выполнив фотохимическое травление в разбавленном растворе серной кислоты.
Они также исследовали механизмы и динамику специфических фотохимических (PEC) травлений. Наконец, они перенесли настроенный по длине волны массив микродисков на полидиметилсилоксановую подложку для получения независимых изолированных лазерных частиц с различными длинами волн лазера. Полученный микродиск демонстрирует сверхширокополосную полосу пропускания лазерного излучения, слазерна колонке менее 0,6 нм и изолированной частице менее 1,5 нм.
Открывая двери биомедицинским приложениям
Этот результат открывает двери для многих 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 определенные молекулы в мультиплексном анализе. Маркировка, специфичная для типа клеток, в настоящее время выполняется с использованием обычных биомаркеров, таких как органические флуорофоры, квантовые точки и флуоресцентные шарики, которые имеют широкую ширину линии излучения. Таким образом, только несколько определенных типов клеток могут быть помечены одновременно. Напротив, сверхузкополосное излучение света микродискового лазера сможет идентифицировать больше типов клеток одновременно.
Команда протестировала и успешно продемонстрировала точно настроенные микродисковые лазерные частицы в качестве биомаркеров, используя их для маркировки культивируемых нормальных эпителиальных клеток молочной железы MCF10A. Благодаря своему сверхширокополосному излучению эти лазеры потенциально могут произвести революцию в биосенсорике, используя проверенные биомедицинские и оптические методы, такие как цитодинамическая визуализация, проточная цитометрия и анализ мульти-омики. Технология, основанная на травлении PEC, знаменует собой значительный прогресс в микродисковых лазерах. Масштабируемость метода, а также его субнанометровая точность открывают новые возможности для бесчисленных применений лазеров в нанофотонике и биомедицинских устройствах, а также штрихкодов для определенных популяций клеток и аналитических молекул.
Время публикации: 29 января 2024 г.