Un team americano propone un nuovo metodo per sintonizzare i laser a microdisco

Un gruppo di ricerca congiunto della Harvard Medical School (HMS) e del MIT General Hospital afferma di aver ottenuto la messa a punto dell’uscita 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 mediante il metodo di incisione PEC)

Nei campi dinanofotonicae biomedicina, microdiscolasere i laser a nanodischi sono diventati promettentifonti di lucee sonde. In diverse applicazioni come la comunicazione fotonica su chip, il bioimaging su chip, il rilevamento biochimico e l'elaborazione delle informazioni sui fotoni quantistici, è necessario ottenere un'emissione laser per determinare la lunghezza d'onda e la precisione della banda ultrastretta. Tuttavia, resta una sfida 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 prestabilita nell'elaborazione 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 aiuta a sintonizzare con precisione la lunghezza d'onda del laser a microdisco con precisione subnanometrica. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Advanced Photonics.

Incisione fotochimica
Secondo i rapporti, il nuovo metodo del team consente la produzione di laser a microdischi e array laser a nanodischi con lunghezze d'onda di emissione precise e predeterminate. La chiave di questa svolta è l’uso dell’incisione PEC, che fornisce un modo efficiente e scalabile per ottimizzare la lunghezza d’onda di un laser a microdisco. Nei risultati di cui sopra, il team ha ottenuto con successo microdischi di fosfatazione all'arseniuro di indio e gallio ricoperti di silice sulla struttura della colonna di fosfuro di indio. Hanno poi sintonizzato la lunghezza d'onda del laser di questi microdischi con precisione su un valore determinato eseguendo un attacco fotochimico in una soluzione diluita di acido solforico.
Hanno inoltre studiato i meccanismi e le dinamiche di specifici attacchi fotochimici (PEC). Infine, hanno trasferito la matrice di microdischi sintonizzati sulla lunghezza d'onda su un substrato di polidimetilsilossano per produrre particelle laser isolate e indipendenti con diverse lunghezze d'onda laser. Il microdisco risultante mostra una larghezza di banda ultra larga di emissione laser, con illasersulla colonna inferiore a 0,6 nm e sulla particella isolata inferiore a 1,5 nm.

Aprire la porta alle applicazioni biomediche
Questo risultato apre la porta a molte 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 tipi cellulari specifici e il targeting di molecole specifiche nell'analisi multiplex. L'etichettatura specifica del tipo cellulare viene attualmente eseguita utilizzando biomarcatori convenzionali, come come fluorofori organici, punti quantici e perline fluorescenti, che hanno ampie larghezze di linea di emissione. Pertanto, solo pochi tipi cellulari specifici possono essere etichettati contemporaneamente. Al contrario, l’emissione di luce a banda ultrastretta di un laser a microdisco sarà in grado di identificare più tipi di cellule contemporaneamente.
Il team ha testato e dimostrato con successo particelle laser a microdisco sintonizzate con precisione come biomarcatori, utilizzandole per etichettare le cellule epiteliali normali del seno in coltura MCF10A. Con la loro emissione a banda ultralarga, questi laser potrebbero potenzialmente rivoluzionare il biosensing, utilizzando tecniche biomediche e ottiche comprovate 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 codici a barre per popolazioni cellulari specifiche e molecole analitiche.