צוות אמריקאי מציע שיטה חדשה לכוונון לייזרים של מיקרודיסק

צוות מחקר משותף מבית הספר לרפואה של הרווארד (HMS) ומבית החולים הכללי של MIT אומר כי הצליח לכוונן את הפלט של לייזר מיקרודיסק באמצעות שיטת איכול PEC, מה שהופך מקור חדש לננופוטוניקה וביו-רפואה ל"מבטיח".

(ניתן לכוונן את תפוקת לייזר המיקרודיסק בשיטת איכול PEC)

בשדות שלננופוטוניקהוביו-רפואה, מיקרודיסקלייזריםולייזרי ננודיסק הפכו למבטיחיםמקורות אורוגששים. במספר יישומים כגון תקשורת פוטונית על שבב, הדמיה ביולוגית על שבב, חישה ביוכימית ועיבוד מידע פוטונים קוונטיים, הם צריכים להשיג פלט לייזר בקביעת אורך הגל ודיוק בפס צר במיוחד. עם זאת, ייצור לייזרים של מיקרודיסק וננודיסק באורך גל מדויק זה בקנה מידה גדול נותר מאתגר. תהליכי ייצור ננו-אלקטרוניקה נוכחיים מציגים את האקראיות של קוטר הדיסק, מה שמקשה על קבלת אורך גל קבוע בעיבוד וייצור מסת לייזר. כעת, צוות חוקרים מבית הספר לרפואה של הרווארד וממרכז וולמן של בית החולים הכללי של מסצ'וסטס...רפואה אופטואלקטרוניתפיתחה טכניקת איכול אופטוכימית (PEC) חדשנית המסייעת לכוונן במדויק את אורך הגל של לייזר מיקרודיסק בדיוק תת-ננומטרי. העבודה מתפרסמת בכתב העת Advanced Photonics.

איכול פוטוכימי
על פי דיווחים, השיטה החדשה של הצוות מאפשרת ייצור של לייזרי מיקרו-דיסק ומערכי לייזר ננו-דיסק עם אורכי גל פליטה מדויקים ומוגדרים מראש. המפתח לפריצת דרך זו הוא השימוש באיכול PEC, המספק דרך יעילה וניתנת להרחבה לכוונון מדויק של אורך הגל של לייזר מיקרו-דיסק. בתוצאות הנ"ל, הצוות השיג בהצלחה מיקרו-דיסקים פוספטיים של אינדיום גליום ארסניד מצופים סיליקה על מבנה עמודת אינדיום זרחתי. לאחר מכן הם כוונו את אורך הגל של הלייזר של המיקרו-דיסקים הללו במדויק לערך קבוע מראש על ידי ביצוע איכול פוטוכימי בתמיסה מדוללת של חומצה גופרתית.
הם חקרו גם את המנגנונים והדינמיקה של תחריטים פוטוכימיים (PEC) ספציפיים. לבסוף, הם העבירו את מערך הדיסקים המכוון לאורכו של הגל על ​​גבי מצע פולידימתילסילוקסן כדי לייצר חלקיקי לייזר מבודדים ועצמאיים עם אורכי גל שונים. הדיסק המתקבל מציג רוחב פס רחב במיוחד של פליטת לייזר, כאשר...לייזרעל העמודה פחות מ-0.6 ננומטר ועל החלקיק המבודד פחות מ-1.5 ננומטר.

פתיחת הדלת ליישומים ביו-רפואיים
תוצאה זו פותחת את הדלת ליישומים חדשים רבים בתחום הננו-פוטוניקה והביו-רפואיים. לדוגמה, לייזרי מיקרודיסק עצמאיים יכולים לשמש כברקודים פיזיקו-אופטיים עבור דגימות ביולוגיות הטרוגניות, מה שמאפשר סימון של סוגי תאים ספציפיים ומיקוד של מולקולות ספציפיות בניתוח מרובה משתנים. סימון ספציפי לסוג תא מתבצע כיום באמצעות סמנים ביולוגיים קונבנציונליים, כגון פלואורופורים אורגניים, נקודות קוונטיות וחרוזי פלואורסצנטיים, בעלי רוחבי קווי פליטה רחבים. לפיכך, ניתן לסמן רק מספר קטן של סוגי תאים ספציפיים בו זמנית. לעומת זאת, פליטת אור בעלת פס צר במיוחד של לייזר מיקרודיסק תוכל לזהות סוגי תאים רבים יותר בו זמנית.
הצוות בדק והדגים בהצלחה חלקיקי לייזר מיקרודיסק מכוונים במדויק כסמנים ביולוגיים, תוך שימוש בהם כדי לסמן תאי אפיתל נורמליים בתרבית מדגם MCF10A. עם פליטת הפס האולטרה-רחב שלהם, לייזרים אלה עשויים לחולל מהפכה בתחום החישה הביולוגית, תוך שימוש בטכניקות ביו-רפואיות ואופטיות מוכחות כגון הדמיה ציטודינמית, ציטומטריית זרימה וניתוח מולטי-אומיקס. הטכנולוגיה המבוססת על איכול PEC מסמנת התקדמות משמעותית בלייזרי מיקרודיסק. יכולת ההרחבה של השיטה, כמו גם הדיוק התת-ננומטרי שלה, פותחים אפשרויות חדשות ליישומים רבים של לייזרים בננו-פוטוניקה ובמכשירים ביו-רפואיים, כמו גם ברקודים עבור אוכלוסיות תאים ספציפיות ומולקולות אנליטיות.