Et felles forskerteam fra Harvard Medical School (HMS) og MIT General Hospital sier at de har oppnådd finjustering av utgangen til en mikrodisklaser ved hjelp av PEC-etsningsmetoden, noe som gjør en ny kilde for nanofotonikk og biomedisin «lovende».
(Utgangen fra mikrodisklaseren kan justeres med PEC-etsningsmetoden)
På feltene tilnanofotonikkog biomedisin, mikrodisklasereog nanodisklasere har blitt lovendelyskilderog sonder. I flere applikasjoner, som fotonisk kommunikasjon på chip, bioavbildning på chip, biokjemisk sensing og kvantefotoninformasjonsbehandling, må de oppnå laserutgang for å bestemme bølgelengde og nøyaktighet i ultrasmalt bånd. Det er imidlertid fortsatt utfordrende å produsere mikrodisk- og nanodisklasere med denne presise bølgelengden i stor skala. Nåværende nanofabrikasjonsprosesser introduserer tilfeldigheten av skivediameteren, noe som gjør det vanskelig å oppnå en bestemt bølgelengde i lasermassebehandling og -produksjon. Nå har et team av forskere fra Harvard Medical School og Massachusetts General Hospitals Wellman Center forOptoelektronisk medisinhar utviklet en innovativ optokjemisk (PEC) etseteknikk som bidrar til å finjustere laserbølgelengden til en mikrodisklaser med subnanometernøyaktighet. Arbeidet er publisert i tidsskriftet Advanced Photonics.
Fotokjemisk etsing
Ifølge rapporter muliggjør teamets nye metode produksjon av mikrodisklasere og nanodisklaserarrayer med presise, forhåndsbestemte emisjonsbølgelengder. Nøkkelen til dette gjennombruddet er bruken av PEC-etsing, som gir en effektiv og skalerbar måte å finjustere bølgelengden til en mikrodisklaser. I resultatene ovenfor oppnådde teamet vellykket indium-galliumarsenidfosfaterende mikrodisker dekket med silika på indiumfosfidkolonnestrukturen. Deretter justerte de laserbølgelengden til disse mikrodiskene presist til en bestemt verdi ved å utføre fotokjemisk etsing i en fortynnet løsning av svovelsyre.
De undersøkte også mekanismene og dynamikken til spesifikke fotokjemiske (PEC) etsninger. Til slutt overførte de den bølgelengdejusterte mikrodiskmatrisen til et polydimetylsiloksansubstrat for å produsere uavhengige, isolerte laserpartikler med forskjellige laserbølgelengder. Den resulterende mikrodisken viser en ultrabredbåndsbåndbredde for laserutslipp, medlaserpå kolonnen mindre enn 0,6 nm og den isolerte partikkelen mindre enn 1,5 nm.
Åpner døren for biomedisinske applikasjoner
Dette resultatet åpner døren for mange nye nanofotoniske og biomedisinske anvendelser. For eksempel kan frittstående mikrodisklasere tjene som fysikooptiske strekkoder for heterogene biologiske prøver, noe som muliggjør merking av spesifikke celletyper og målretting av spesifikke molekyler i multipleksanalyse. Celletypespesifikk merking utføres for tiden ved hjelp av konvensjonelle biomarkører, som organiske fluoroforer, kvanteprikker og fluorescerende kuler, som har brede emisjonslinjebredder. Dermed kan bare noen få spesifikke celletyper merkes samtidig. I motsetning til dette vil den ultrasmalbåndede lysemisjonen fra en mikrodisklaser være i stand til å identifisere flere celletyper samtidig.
Teamet testet og demonstrerte med hell presist innstilte mikrodisklaserpartikler som biomarkører, og brukte dem til å merke dyrkede normale brystepitelceller MCF10A. Med sin ultrabredbåndsemisjon kan disse laserne potensielt revolusjonere biosensing, ved hjelp av velprøvde biomedisinske og optiske teknikker som cytodynamisk avbildning, flowcytometri og multi-omics-analyse. Teknologien basert på PEC-etsing markerer et stort fremskritt innen mikrodisklasere. Metodens skalerbarhet, så vel som dens subnanometerpresisjon, åpner for nye muligheter for utallige bruksområder av lasere innen nanofotonikk og biomedisinske enheter, samt strekkoder for spesifikke cellepopulasjoner og analytiske molekyler.
Publisert: 29. januar 2024