Ein amerikanisches Team schlägt eine neue Methode zur Abstimmung von Mikroscheibenlasern vor

Einem gemeinsamen Forschungsteam der Harvard Medical School (HMS) und des MIT General Hospital zufolge ist es ihnen gelungen, die Leistung eines Mikroscheibenlasers mithilfe der PEC-Ätzmethode abzustimmen, was eine neue Quelle für Nanophotonik und Biomedizin „vielversprechend“ macht.

(Die Leistung des Mikroscheibenlasers kann durch das PEC-Ätzverfahren angepasst werden)

In den BereichenNanophotonikund Biomedizin, MikrodiskLaserund Nanoscheibenlaser sind vielversprechend gewordenLichtquellenund Sonden. In verschiedenen Anwendungen wie der photonischen Kommunikation auf dem Chip, der Biobildgebung auf dem Chip, der biochemischen Sensorik und der Verarbeitung von Quantenphotoneninformationen müssen sie bei der Bestimmung der Wellenlänge und der Genauigkeit im ultraschmalen Band eine Laserleistung erzielen. Es bleibt jedoch eine Herausforderung, Mikroscheiben- und Nanoscheibenlaser dieser genauen Wellenlänge in großem Maßstab herzustellen. Aktuelle Nanofabrikationsprozesse führen zu einer Zufälligkeit des Scheibendurchmessers, was es schwierig macht, eine festgelegte Wellenlänge bei der Laser-Massenverarbeitung und -Produktion zu erhalten. Jetzt hat ein Forscherteam der Harvard Medical School und des Wellman Center des Massachusetts General Hospital fürOptoelektronische Medizinhat eine innovative optochemische (PEC) Ätztechnik entwickelt, die dabei hilft, die Laserwellenlänge eines Mikroscheibenlasers mit einer Genauigkeit im Subnanometerbereich präzise abzustimmen. Die Arbeit ist in der Zeitschrift Advanced Photonics veröffentlicht.

Fotochemisches Ätzen
Berichten zufolge ermöglicht die neue Methode des Teams die Herstellung von Mikroscheibenlasern und Nanoscheibenlaser-Arrays mit präzisen, vorgegebenen Emissionswellenlängen. Der Schlüssel zu diesem Durchbruch ist der Einsatz des PEC-Ätzens, das eine effiziente und skalierbare Möglichkeit zur Feinabstimmung der Wellenlänge eines Mikroscheibenlasers bietet. In den oben genannten Ergebnissen gelang es dem Team, mit Siliciumdioxid bedeckte Indium-Gallium-Arsenid-Phosphatierungs-Mikroscheiben auf der Indiumphosphid-Säulenstruktur zu erhalten. Anschließend stimmten sie die Laserwellenlänge dieser Mikroscheiben präzise auf einen bestimmten Wert ab, indem sie photochemisches Ätzen in einer verdünnten Schwefelsäurelösung durchführten.
Sie untersuchten auch die Mechanismen und Dynamik spezifischer photochemischer (PEC) Ätzungen. Schließlich übertrugen sie das wellenlängenabgestimmte Mikroscheiben-Array auf ein Polydimethylsiloxan-Substrat, um unabhängige, isolierte Laserpartikel mit unterschiedlichen Laserwellenlängen zu erzeugen. Die resultierende Mikroscheibe zeigt eine ultrabreitbandige Laseremissionsbandbreite mit demLaserauf der Säule weniger als 0,6 nm und das isolierte Partikel weniger als 1,5 nm.

Öffnen Sie die Tür zu biomedizinischen Anwendungen
Dieses Ergebnis öffnet die Tür zu vielen neuen nanophotonischen und biomedizinischen Anwendungen. Beispielsweise können eigenständige Mikroscheibenlaser als physikalisch-optische Barcodes für heterogene biologische Proben dienen und so die Markierung spezifischer Zelltypen und das Targeting spezifischer Moleküle in der Multiplex-Analyse ermöglichen. Die zelltypspezifische Markierung wird derzeit mithilfe herkömmlicher Biomarker durchgeführt, z B. organische Fluorophore, Quantenpunkte und fluoreszierende Perlen, die große Emissionslinienbreiten aufweisen. Somit können nur wenige spezifische Zelltypen gleichzeitig markiert werden. Im Gegensatz dazu wird die ultraschmalbandige Lichtemission eines Mikroscheibenlasers in der Lage sein, mehr Zelltypen gleichzeitig zu identifizieren.
Das Team testete und demonstrierte erfolgreich präzise abgestimmte Mikroscheibenlaserpartikel als Biomarker und nutzte sie zur Markierung kultivierter normaler Brustepithelzellen MCF10A. Mit ihrer ultrabreitbandigen Emission könnten diese Laser möglicherweise die Biosensorik revolutionieren und dabei bewährte biomedizinische und optische Techniken wie zytodynamische Bildgebung, Durchflusszytometrie und Multi-Omics-Analyse nutzen. Die auf PEC-Ätzung basierende Technologie stellt einen großen Fortschritt bei Mikroscheibenlasern dar. Die Skalierbarkeit der Methode sowie ihre Präzision im Subnanometerbereich eröffnen neue Möglichkeiten für unzählige Anwendungen von Lasern in der Nanophotonik und biomedizinischen Geräten sowie für Barcodes für bestimmte Zellpopulationen und analytische Moleküle.