Harvard Medical Schoolin (HMS) ja MIT General Hospitalin yhteinen tutkimusryhmä sanoo saavuttaneensa mikrolevylaserin tehon virityksen PEC-etsausmenetelmällä, mikä tekee uudesta nanofotoniikan ja biolääketieteen lähteestä "lupaavan".
(Mikrolevylaserin lähtötehoa voidaan säätää PEC-etsausmenetelmällä)
Aloillananofotoniikkaja biolääketiede, mikrolevylaseritja nanodisk-laserit ovat tulleet lupaaviksivalonlähteetja luotaimet. Useissa sovelluksissa, kuten sirulla tapahtuvassa fotonisessa viestinnässä, sirulla tapahtuvassa biokuvantamisessa, biokemiallisessa tunnistuksessa ja kvanttifotonien tiedonkäsittelyssä, niiden on saavutettava laserin teho aallonpituuden ja erittäin kapean kaistan tarkkuuden määrittämisessä. Tämän tarkan aallonpituuden omaavien mikrolevy- ja nanolevylasereiden valmistaminen suuressa mittakaavassa on kuitenkin edelleen haastavaa. Nykyiset nanovalmistusprosessit tuovat mukanaan kiekon halkaisijan satunnaisuuden, mikä vaikeuttaa asetetun aallonpituuden saavuttamista lasermassan käsittelyssä ja tuotannossa. Nyt Harvard Medical Schoolin ja Massachusetts General Hospitalin Wellman Centerin tutkijaryhmäOptoelektroninen lääketiedeon kehittänyt innovatiivisen optokemiallisen (PEC) etsaustekniikan, jonka avulla voidaan tarkasti virittää mikrolevylaserin aallonpituus alle nanometrin tarkkuudella. Työ on julkaistu Advanced Photonics -lehdessä.
Fotokemiallinen etsaus
Raporttien mukaan tiimin uusi menetelmä mahdollistaa mikrolevylasereiden ja nanolevylasereiden valmistuksen tarkoilla, ennalta määrätyillä emissioaallonpituuksilla. Tämän läpimurron avain on PEC-etsauksen käyttö, joka tarjoaa tehokkaan ja skaalautuvan tavan hienosäätää mikrolevylaserin aallonpituutta. Yllä olevissa tuloksissa tiimi onnistui saamaan indium-gallium-arsenidifosfatointimikrolevyjä, jotka oli päällystetty piidioksidilla indiumfosfidipylväsrakenteella. Sitten he virittivät näiden mikrolevyjen laserin aallonpituuden tarkasti määritettyyn arvoon suorittamalla fotokemiallisen etsauksen laimeassa rikkihappoliuoksessa.
He tutkivat myös tiettyjen fotokemiallisten (PEC) syövytysten mekanismeja ja dynamiikkaa. Lopuksi he siirsivät aallonpituusviritettyjen mikrolevyjen matriisin polydimetyylisiloksaanisubstraatille tuottaakseen itsenäisiä, eristettyjä laserhiukkasia, joilla on eri laseraallonpituudet. Tuloksena olevalla mikrolevyllä on erittäin laajakaistainen laseremissio, jossalaserkolonnissa alle 0,6 nm ja eristetyn hiukkasen alle 1,5 nm.
Avaamme oven biolääketieteellisille sovelluksille
Tämä tulos avaa oven monille uusille nanofotoniikan ja biolääketieteen sovelluksille. Esimerkiksi erilliset mikrolevylaserit voivat toimia fysikaalis-optisina viivakoodeina heterogeenisille biologisille näytteille, mikä mahdollistaa tiettyjen solutyyppien merkitsemisen ja tiettyjen molekyylien kohdentamisen multipleksianalyysissä. Solutyyppikohtainen merkitseminen suoritetaan tällä hetkellä käyttämällä perinteisiä biomarkkereita, kuten orgaanisia fluoroforeja, kvanttipisteitä ja fluoresoivia helmiä, joilla on laaja emissioviivan leveys. Siten vain muutamia tiettyjä solutyyppejä voidaan merkitä samanaikaisesti. Sitä vastoin mikrolevylaserin erittäin kapeakaistainen valoemissio pystyy tunnistamaan useampia solutyyppejä samanaikaisesti.
Tiimi testasi ja esitteli onnistuneesti tarkasti viritettyjä mikrolevylaserpartikkeleita biomarkkereina käyttäen niitä viljeltyjen normaalien rintaepiteelisolujen MCF10A leimaamiseen. Erittäin laajakaistaisen säteilynsä ansiosta nämä laserit voisivat mullistaa biosensoroinnin käyttämällä hyväksi todistettuja biolääketieteellisiä ja optisia tekniikoita, kuten sytodynaamista kuvantamista, virtaussytometriaa ja multi-omiikka-analyysiä. PEC-etsaukseen perustuva teknologia on merkittävä edistysaskel mikrolevylasereissa. Menetelmän skaalautuvuus ja sen nanometrin tarkkuus avaavat uusia mahdollisuuksia lasereiden lukemattomille sovelluksille nanofotoniikassa ja biolääketieteellisissä laitteissa sekä tiettyjen solupopulaatioiden ja analyyttisten molekyylien viivakoodeissa.
Julkaisun aika: 29. tammikuuta 2024