צוות אמריקאי מציע שיטה חדשה לכוונון לייזרים מיקרודיסקים

צוות מחקר משותף מבית הספר לרפואה של הרווארד (HMS) ומבית החולים הכללי של MIT אומר שהם השיגו כוונון של הפלט של לייזר מיקרודיסק בשיטת תחריט PEC, מה שהופך מקור חדש לננו-פוטוניקה וביו-רפואה ל"מבטיח".

(ניתן לכוונן את הפלט של לייזר המיקרודיסק בשיטת התחריט PEC)

בתחומיננופוטוניקהוביו-רפואה, מיקרו-דיסקלייזריםולייזרי ננודיסק הפכו למבטיחיםמקורות אורובדיקות. במספר יישומים כגון תקשורת פוטונית על-שבב, הדמיה ביולוגית על-שבב, חישה ביוכימית ועיבוד מידע פוטונים קוונטי, הם צריכים להשיג פלט לייזר בקביעת אורך גל ודיוק פס צר במיוחד. עם זאת, זה עדיין מאתגר לייצר לייזרים מיקרו-דיסקים וננו-דיסקים באורך גל מדויק זה בקנה מידה גדול. תהליכי הייצור הנוכחיים של ננו מציגים את האקראיות של קוטר הדיסק, מה שמקשה על קבלת אורך גל מוגדר בעיבוד וייצור מסה בלייזר. כעת, צוות חוקרים מבית הספר לרפואה של הרווארד וממרכז וולמן של בית החולים הכללי של מסצ'וסטסרפואה אופטו-אלקטרוניתפיתחה טכניקת תחריט אופטוכימית (PEC) חדשנית המסייעת לכוון במדויק את אורך גל הלייזר של לייזר מיקרודיסק עם דיוק תת-ננומטר. העבודה מתפרסמת בכתב העת Advanced Photonics.

תחריט פוטוכימי
על פי דיווחים, השיטה החדשה של הצוות מאפשרת ייצור של לייזרים מיקרו-דיסק ומערכי לייזר ננו-דיסקים עם אורכי גל פליטה מדויקים שנקבעו מראש. המפתח לפריצת דרך זו הוא השימוש בתחריט PEC, המספק דרך יעילה וניתנת להרחבה לכוונון עדין של אורך הגל של לייזר מיקרודיסק. בתוצאות שלעיל, הצוות השיג בהצלחה דיסקים פוספטיים מסוג אינדיום Gallium arsenide מכוסים בסיליקה על מבנה עמודת אינדיום פוספיד. לאחר מכן הם כוונו את אורך הגל של הלייזר של דיסקים אלה בדיוק לערך שנקבע על ידי ביצוע תחריט פוטוכימי בתמיסה מדוללת של חומצה גופרתית.
הם גם חקרו את המנגנונים והדינמיקה של תחריטים פוטוכימיים ספציפיים (PEC). לבסוף, הם העבירו את מערך המיקרו-דיסק המכוון לאורך הגל על ​​גבי מצע פולידימתיל-סילוקסן כדי לייצר חלקיקי לייזר עצמאיים ומבודדים עם אורכי גל לייזר שונים. המיקרודיסק שהתקבל מראה רוחב פס רחב במיוחד של פליטת לייזר, עם ה-לייזרעל העמוד פחות מ-0.6 ננומטר והחלקיק המבודד פחות מ-1.5 ננומטר.

פתיחת הדלת ליישומים ביו-רפואיים
תוצאה זו פותחת את הדלת להרבה ננו-פוטוניקה ויישומים ביו-רפואיים. לדוגמה, לייזרים מיקרו-דיסק עצמאיים יכולים לשמש ברקודים פיזיקו-אופטיים עבור דגימות ביולוגיות הטרוגניות, המאפשרים תיוג של סוגי תאים ספציפיים ומיקוד של מולקולות ספציפיות בניתוח מרובה. תיוג ספציפי לסוג תא מבוצע כיום באמצעות סמנים ביולוגיים קונבנציונליים, כגון כמו פלואורפורים אורגניים, נקודות קוונטיות וחרוזים פלורסנטים, בעלי רוחב קו פליטה רחב. לפיכך, ניתן לסמן רק כמה סוגי תאים ספציפיים בו-זמנית. לעומת זאת, פליטת האור בפס צר במיוחד של לייזר מיקרודיסק תוכל לזהות יותר סוגי תאים בו-זמנית.
הצוות בדק והדגים בהצלחה חלקיקי לייזר מיקרודיסק מכוונים כסמנים ביולוגיים, תוך שימוש בהם כדי לתייג תאי אפיתל שד נורמליים מתורבתים MCF10A. עם פליטת פס רחב במיוחד, הלייזרים הללו עשויים לחולל מהפכה ביולוגית, תוך שימוש בטכניקות ביו-רפואיות ואופטיות מוכחות כמו הדמיה ציטודינמית, ציטומטריית זרימה וניתוח מולטי-אומיקה. הטכנולוגיה המבוססת על תחריט PEC מסמנת התקדמות גדולה בלייזרי מיקרודיסק. המדרגיות של השיטה, כמו גם הדיוק התת-ננומטרי שלה, פותחות אפשרויות חדשות לאינספור יישומים של לייזרים בננו-פוטוניקה ובמכשירים ביו-רפואיים, כמו גם ברקודים לאוכלוסיות תאים ספציפיות ולמולקולות אנליטיות.