Các nhà nghiên cứu phát triển Nanolaser có thể hoạt động trong mô sống

Chỉ dày từ 50 đến 150 nanomet, tia laser có độ dày khoảng 1 / 1.000 của một sợi tóc người. Với kích thước này, tia laser có thể phù hợp và hoạt động bên trong các mô sống với khả năng cảm nhận các dấu ấn sinh học bệnh hoặc có thể điều trị các rối loạn thần kinh não sâu chẳng hạn như động kinh.

Được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Tây Bắc và Columbia, nanolaser cho thấy lời hứa cụ thể về hình ảnh trong các mô sống. Không chỉ được làm chủ yếu bằng thủy tinh, có bản chất tương thích sinh học, tia laser còn có thể được kích thích với bước sóng ánh sáng dài hơn và phát ra ở bước sóng ngắn hơn.

Như chúng ta đã biết, bước sóng ánh sáng dài hơn là cần thiết cho quá trình sinh học vì chúng có thể thâm nhập sâu hơn vào các mô so với các photon bước sóng khả kiến. Nhưng các bước sóng ánh sáng ngắn hơn thường được mong muốn ở cùng các khu vực sâu đó. Chính vì vậy các nhà khoa học đã thiết kế một hệ thống quang học sạch có thể cung cấp hiệu quả ánh sáng laser có thể nhìn thấy ở độ sâu thâm nhập có thể tiếp cận với bước sóng dài hơn.

Các nanolaser cũng có thể hoạt động trong các không gian cực kỳ hạn chế bao gồm các mạch lượng tử và bộ vi xử lý cho các thiết bị điện tử cực nhanh mà năng lượng thấp.

Bài viết đã được xuất bản ngày 23 tháng 9 trên tạp chí Nature Vật liệu . Odom đồng lãnh đạo công việc với P. James Schuck tại Trường Kỹ thuật của Đại học Columbia.

Trong khi nhiều ứng dụng đòi hỏi các tia laser ngày càng nhỏ thì các nhà nghiên cứu liên tục cùng giải quyết một rào cản: Nanolasers có xu hướng kém hiệu quả hơn nhiều so với các “đối tác” vĩ mô của chúng. Và những laser này thường cần bước sóng ngắn hơn chẳng hạn như tia cực tím để cung cấp năng lượng cho chúng. Điều này là không tốt vì môi trường độc đáo trong đó mọi người muốn sử dụng tia laser nhỏ rất dễ bị tổn hại bởi tia UV và nhiệt dư thừa do hoạt động không hiệu quả.

Odom, Schuck và các nhóm của họ đã có thể đạt được một nền tảng nanolaser để giải quyết các vấn đề này bằng cách sử dụng chuyển đổi photon. Trong đảo ngược, các photon năng lượng thấp được hấp thụ và chuyển đổi thành một photon có năng lượng cao hơn. Trong dự án này, nhóm nghiên cứu đã bắt đầu với các photon hồng ngoại năng lượng thấp, “thân thiện với sinh học” và chuyển chúng thành các chùm tia laser nhìn thấy được. Laser kết quả có thể hoạt động dưới các công suất thấp và nhỏ hơn nhiều so với bước sóng ánh sáng.

Nanolaser của họ trong suốt nhưng có thể tạo ra các photon nhìn thấy được khi được bơm bằng ánh sáng mà mắt thường không thể nhìn thấy. Các sóng liên tục và đặc tính năng lượng thấp sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới, đặc biệt là trong hình ảnh sinh học. Thật thú vị khi các laser nhỏ bé của họ hoạt động ở các năng lượng có độ lớn nhỏ hơn so với quan sát thấy trong bất kỳ laser hiện có nào.

Nghiên cứu, “ngưỡng Ultralow, phát sóng ngược liên tục từ các plasmon bước sóng dưới đáy”, được hỗ trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia (số giải thưởng DMR-1608258), Học bổng Khoa Vannevar Bush từ Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (số giải thưởng N00014-17 -1-3023) và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DE-AC02-05CH11231). Angel Fernandez-Bravo và Dan Khánh Wang của phía Tây Bắc là những đồng tác giả đầu tiên của bài báo.

Odom là thành viên của Viện Công nghệ nano Quốc tế Tây Bắc, Viện Hóa học của Quá trình Cuộc sống và Trung tâm Ung thư Toàn diện Robert H. Lurie của Đại học Tây Bắc.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Tây Bắc . Bản gốc được viết bởi Amanda Morris. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Thiên thần Fernandez-Bravo, Dan Khánh Wang, Edward S. Barnard, Ayelet Teitelboim, Cheryl Tajon, Jun Guan, George C. Schatz, Bruce E. Cohen, Emory M. Chan, P. James Schuck, Teri W. Odom. Ultralow ngưỡng, sóng đảo ngược liên tục phát ra từ các plasmon bước sóng dưới . Vật liệu thiên nhiên , 2019; DOI: 10.1038 / s41563-019-0482-5