Un team americano propone un nuovo metodo per la sintonizzazione dei laser a microdisco

Un team di ricerca congiunto della Harvard Medical School (HMS) e del MIT General Hospital afferma di essere riuscito a regolare la potenza di un laser a microdisco utilizzando il metodo di incisione PEC, rendendo questa nuova sorgente "promettente" per la nanofotonica e la biomedicina.

(La potenza del laser a microdisco può essere regolata mediante il metodo di incisione PEC)

Nei campi dinanofotonicae biomedicina, microdiscolasere i laser a nanodisco sono diventati promettentisorgenti luminosee sonde. In diverse applicazioni come la comunicazione fotonica su chip, la bioimmagine su chip, il rilevamento biochimico e l'elaborazione di informazioni fotoniche quantistiche, è necessario ottenere un'uscita laser per determinare la lunghezza d'onda e la precisione di banda ultra-stretta. Tuttavia, rimane difficile produrre laser a microdisco e nanodisco di questa precisa lunghezza d'onda su larga scala. Gli attuali processi di nanofabbricazione introducono la casualità del diametro del disco, che rende difficile ottenere una lunghezza d'onda fissa nella lavorazione e produzione di massa laser. Ora, un team di ricercatori della Harvard Medical School e del Wellman Center forMedicina optoelettronicaha sviluppato un'innovativa tecnica di incisione optochimica (PEC) che consente di sintonizzare con precisione la lunghezza d'onda di un laser a microdisco con accuratezza subnanometrica. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Advanced Photonics.

Incisione fotochimica
Secondo quanto riportato, il nuovo metodo sviluppato dal team consente la produzione di laser a microdisco e array di laser a nanodisco con lunghezze d'onda di emissione precise e predeterminate. La chiave di questa innovazione risiede nell'utilizzo della fotoincisione chimica (PEC), che offre un metodo efficiente e scalabile per calibrare con precisione la lunghezza d'onda di un laser a microdisco. Nei risultati sopra descritti, il team ha ottenuto con successo microdischi di fosfatazione di arseniuro di indio e gallio ricoperti di silice sulla struttura a colonna di fosfuro di indio. Successivamente, ha calibrato con precisione la lunghezza d'onda laser di questi microdischi a un valore prestabilito mediante fotoincisione chimica 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 a lunghezza d'onda sintonizzata su un substrato di polidimetilsilossano per produrre particelle laser indipendenti e isolate con diverse lunghezze d'onda laser. Il microdisco risultante mostra una larghezza di banda ultra-ampia dell'emissione laser, con lalasersulla colonna inferiore a 0,6 nm e particella isolata inferiore a 1,5 nm.

Aprire le porte alle applicazioni biomediche
Questo risultato apre la strada a numerose nuove applicazioni nanofotoniche e biomediche. Ad esempio, i laser a microdisco autonomi possono fungere da codici a barre fisico-ottici per campioni biologici eterogenei, consentendo l'etichettatura di specifici tipi cellulari e il targeting di molecole specifiche nell'analisi multiplex. L'etichettatura specifica per tipo cellulare viene attualmente eseguita utilizzando biomarcatori convenzionali, come fluorofori organici, punti quantici e microsfere fluorescenti, che presentano ampie larghezze di riga di emissione. Pertanto, solo pochi tipi cellulari specifici possono essere etichettati contemporaneamente. Al contrario, l'emissione luminosa a banda ultra-stretta di un laser a microdisco sarà in grado di identificare un numero maggiore di tipi cellulari contemporaneamente.
Il team ha testato e dimostrato con successo particelle laser a microdisco finemente sintonizzate come biomarcatori, utilizzandole per etichettare cellule epiteliali mammarie normali in coltura MCF10A. Grazie alla loro emissione a banda ultralarga, questi laser potrebbero potenzialmente rivoluzionare il biosensing, utilizzando tecniche biomediche e ottiche consolidate come l'imaging citodinamico, la citometria a flusso e l'analisi multi-omica. La tecnologia basata sull'incisione PEC rappresenta un importante progresso nel campo dei 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 per i codici a barre per specifiche popolazioni cellulari e molecole analitiche.