Un team di ricerca congiunto della Harvard Medical School (HMS) e del MIT General Hospital afferma di aver ottenuto la regolazione dell'output di un laser a microdisco utilizzando il metodo di incisione PEC, rendendo "promettente" una nuova fonte per la nanofotonica e la biomedicina.
(L'uscita del laser a microdisco può essere regolata tramite il metodo di incisione PEC)
Nei campi dinanofotonicae biomedicina, microdiscolasere i laser a nanodisco sono diventati promettentifonti di lucee sonde. In diverse applicazioni, come la comunicazione fotonica on-chip, la bioimmagine on-chip, la rilevazione biochimica e l'elaborazione di informazioni quantistiche tramite fotoni, è necessario raggiungere un'uscita laser per determinare la lunghezza d'onda e l'accuratezza a banda ultra-stretta. Tuttavia, rimane difficile produrre laser a microdischi e nanodischi con questa precisa lunghezza d'onda su larga scala. Gli attuali processi di nanofabbricazione introducono la casualità del diametro del disco, il che rende difficile ottenere una lunghezza d'onda fissa nell'elaborazione e nella produzione laser di massa. Ora, un team di ricercatori della Harvard Medical School e del Wellman Center forMedicina optoelettronicaha sviluppato un'innovativa tecnica di incisione optochimica (PEC) che aiuta a regolare con precisione la lunghezza d'onda di un laser a microdisco con una precisione subnanometrica. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Photonics.
Incisione fotochimica
Secondo quanto riportato, il nuovo metodo del team consente la produzione di laser a microdischi e array di laser a nanodischi con lunghezze d'onda di emissione precise e predeterminate. La chiave di questa svolta è l'uso dell'incisione fotochimica (PEC), che fornisce un metodo efficiente e scalabile per regolare con precisione la lunghezza d'onda di un laser a microdischi. Nei risultati sopra riportati, il team ha ottenuto con successo microdischi mediante fosfatazione di arseniuro di indio e gallio ricoperti di silice sulla struttura a colonna di fosfuro di indio. Hanno quindi regolato con precisione la lunghezza d'onda laser di questi microdischi a un valore determinato eseguendo l'incisione fotochimica in una soluzione diluita di acido solforico.
Hanno inoltre studiato i meccanismi e le dinamiche di specifiche incisioni fotochimiche (PEC). Infine, hanno trasferito la matrice di microdischi sintonizzata in base alla lunghezza d'onda su un substrato di polidimetilsilossano per produrre particelle laser indipendenti e isolate con diverse lunghezze d'onda. Il microdisco risultante mostra una larghezza di banda di emissione laser a banda ultra-larga, conlasersulla colonna inferiore a 0,6 nm e sulla particella isolata inferiore a 1,5 nm.
Aprire le porte alle applicazioni biomediche
Questo risultato apre le porte a numerose nuove applicazioni nanofotoniche e biomediche. Ad esempio, i laser a microdisco stand-alone possono fungere da codici a barre fisico-ottici per campioni biologici eterogenei, consentendo l'etichettatura di specifici tipi cellulari e il targeting di specifiche molecole in analisi multiplex. L'etichettatura specifica per tipo cellulare viene attualmente eseguita utilizzando biomarcatori convenzionali, come fluorofori organici, punti quantici e biglie fluorescenti, che presentano ampie larghezze di riga di emissione. Pertanto, è possibile etichettare solo pochi tipi cellulari specifici contemporaneamente. Al contrario, l'emissione luminosa a banda ultra stretta di un laser a microdisco sarà in grado di identificare più tipi cellulari contemporaneamente.
Il team ha testato e dimostrato con successo l'efficacia di particelle laser a microdisco, calibrate con precisione, come biomarcatori, utilizzandole per marcare cellule epiteliali mammarie normali MCF10A in coltura. Grazie alla loro emissione a banda ultralarga, questi laser potrebbero potenzialmente rivoluzionare la biosensoristica, utilizzando tecniche biomediche e ottiche collaudate come l'imaging citodinamico, la citometria a flusso e l'analisi multi-omica. La tecnologia basata sull'incisione PEC segna un importante progresso nei laser a microdisco. La scalabilità del metodo, così come la sua precisione subnanometrica, apre nuove possibilità per innumerevoli applicazioni dei laser nella nanofotonica e nei dispositivi biomedici, nonché nella produzione di codici a barre per specifiche popolazioni cellulari e molecole analitiche.
Data di pubblicazione: 29 gennaio 2024