Een gezamenlijk onderzoeksteam van Harvard Medical School (HMS) en MIT General Hospital zegt dat ze erin geslaagd zijn de output van een microdisklaser af te stemmen met behulp van de PEC-etsmethode, waardoor een nieuwe bron voor nanofotonica en biomedische toepassingen "veelbelovend" is.
(De output van de microdisklaser kan worden aangepast met behulp van de PEC-etsmethode.)
Op het gebied vannanofotonicaen biomedicine, microdisklasersen nanodisk-lasers zijn veelbelovend geblekenlichtbronnenen sondes. In diverse toepassingen, zoals on-chip fotonische communicatie, on-chip bio-imaging, biochemische detectie en kwantumfoton-informatieverwerking, is het noodzakelijk om laseroutput te realiseren met een nauwkeurige golflengte en een ultrasmalle bandbreedte. Het blijft echter een uitdaging om microdisk- en nanodisklasers met deze precieze golflengte op grote schaal te produceren. De huidige nanofabricageprocessen introduceren willekeurigheid in de schijfdiameter, waardoor het moeilijk is om een vaste golflengte te verkrijgen bij massaproductie van lasers. Nu heeft een team van onderzoekers van de Harvard Medical School en het Wellman Center for Research van het Massachusetts General Hospital een oplossing gevonden.Opto-elektronische geneeskundeheeft een innovatieve optochemische (PEC) etstechniek ontwikkeld waarmee de laser golflengte van een microdisk laser met subnanometer nauwkeurigheid kan worden afgesteld. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Photonics.
Fotochemische etsing
Volgens berichten maakt de nieuwe methode van het team de productie mogelijk van microdisklasers en nanodisklaserarrays met precieze, vooraf bepaalde emissiegolflengten. De sleutel tot deze doorbraak is het gebruik van PEC-etsen, wat een efficiënte en schaalbare manier biedt om de golflengte van een microdisclaser nauwkeurig af te stemmen. In de bovenstaande resultaten heeft het team met succes indiumgalliumarsenidefosfaterende microdisks verkregen, bedekt met silica, op de indiumfosfidekolomstructuur. Vervolgens stemden ze de lasergolflengte van deze microdisks nauwkeurig af op een bepaalde waarde door fotochemisch etsen uit te voeren in een verdunde oplossing van zwavelzuur.
Ze onderzochten ook de mechanismen en dynamiek van specifieke fotochemische (PEC) etsingen. Ten slotte brachten ze de op golflengte afgestemde microdisk-array over op een polydimethylsiloxaan-substraat om onafhankelijke, geïsoleerde laserdeeltjes met verschillende lasergolflengten te produceren. De resulterende microdisk vertoont een ultrabreedbandige laseremissie, met delaserop de kolom kleiner dan 0,6 nm en het geïsoleerde deeltje kleiner dan 1,5 nm.
De weg vrijmaken voor biomedische toepassingen
Dit resultaat opent de deur naar vele nieuwe nanofotonica- en biomedische toepassingen. Zo kunnen op zichzelf staande microdisklasers dienen als fysisch-optische barcodes voor heterogene biologische monsters, waardoor het labelen van specifieke celtypen en het targeten van specifieke moleculen in multiplexanalyse mogelijk wordt. Celtype-specifieke labeling wordt momenteel uitgevoerd met behulp van conventionele biomarkers, zoals organische fluoroforen, kwantumdots en fluorescerende kralen, die een brede emissielijnbreedte hebben. Hierdoor kunnen slechts enkele specifieke celtypen tegelijkertijd worden gelabeld. De ultrasmalle lichtemissie van een microdisklaser zal daarentegen in staat zijn om meer celtypen tegelijkertijd te identificeren.
Het team testte en demonstreerde met succes nauwkeurig afgestemde microdisk-laserdeeltjes als biomarkers, door ze te gebruiken om gekweekte normale borstepitheelcellen (MCF10A) te labelen. Dankzij hun ultrabreedbandemissie zouden deze lasers een revolutie teweeg kunnen brengen in biosensing, door gebruik te maken van bewezen biomedische en optische technieken zoals cytodynamische beeldvorming, flowcytometrie en multi-omics-analyse. De technologie, gebaseerd op PEC-etsen, is een belangrijke doorbraak in microdisk-lasers. De schaalbaarheid van de methode, evenals de subnanometerprecisie, opent nieuwe mogelijkheden voor talloze toepassingen van lasers in nanofotonica en biomedische apparaten, maar ook voor barcodes voor specifieke celpopulaties en analytische moleculen.
Geplaatst op: 29 januari 2024