USAs team utvikler PEC Etch-basert metode for å tune mikrodisklasere

Nylig sa et felles forskerteam fra Harvard Medical School (HMS) og MIT General Hospital i USA at de har innsett tuning av mikrodisklaserutganger ved hjelp av PEC-etsing, noe som gjør en ny kilde til nanofotonikk og biomedisin "veldig lovende".
Mikrodisklasere og nanodisklasere har dukket opp som en lovende lyskilde og sonde innen felt som nanofotonikk og biomedisin. I flere applikasjoner, som fotonisk kommunikasjon på brikken, bioavbildning på brikken, biokjemisk sansing og kvantefotonisk informasjonsbehandling, krever de laserutgang ved en definert bølgelengde og med ultrasmalbåndspresisjon. Imidlertid er storskala fabrikasjon av slike presise bølgelengde mikro- og nanodisklasere fortsatt utfordrende. Gjeldende nanofabrikasjonsprosesser introduserer tilfeldighet i diskdiametre, noe som gjør det vanskelig å oppnå innstilte bølgelengder i laserbehandling og produksjon av høyt volum.
Og nå har en gruppe forskere fra Harvard Medical School og Wellman Center for Photomedicine ved Massachusetts General Hospital utviklet en nyskapende fotoelektrokjemisk (PEC) etseteknikk som hjelper til med å justere laserbølgelengdene til mikrodisklasere med presisjon under nanometer.
Resultatene er publisert i tidsskriftet Advanced Photonics.
Fotoelektrokjemisk etsing
Gruppens nye tilnærming muliggjør fremstilling av mikrodisklasere og nanodisklasermatriser med presise, forhåndsbestemte emisjonsbølgelengder, ifølge rapporten. Nøkkelen til dette gjennombruddet er bruken av PEC-etsing, som gir en effektiv og skalerbar måte å finjustere bølgelengden til mikrodisklasere.
I resultatene ovenfor lyktes teamet med å skaffe silisiumdioksyd-dekkede indiumgalliumarsenidfosfid-mikrodisker på indiumfosfidkolonnestrukturer. Deretter innstilte de laserbølgelengdene til disse mikrodiskene nøyaktig til definerte verdier ved fotoelektrokjemisk etsing i en fortynnet svovelsyreløsning.
De undersøkte også mekanismen og kinetikken til spesifikk fotoelektrokjemisk (PEC) etsing. Til slutt overførte de de bølgelengdeavstemte mikrodiskarrayene til polydimetylsiloksansubstrater for å produsere separate, isolerte laserpartikler med forskjellige laserbølgelengder.
De resulterende mikrodiskene viser en ultrabredbåndsbåndbredde av laseremisjon, med lasere på kolonnen mindre enn 0,6 nm og isolerte partikler mindre enn 1,5 nm.
Åpne døren til biomedisinske og andre applikasjoner
Dette resultatet åpner døren til mange nye nanofotoniske og biomedisinske applikasjoner. For eksempel kan frittstående mikrodisklasere tjene som fysisk-optiske strekkoder for heterogene biologiske prøver, noe som muliggjør celletypespesifikk merking og målretting av spesifikke molekyler i multipleksede analyser.
Celletypespesifikk merking utføres for tiden ved bruk av konvensjonelle biomarkører som organiske fluoroforer, kvanteprikker og fluorescerende perler, som har brede emisjonslinjebredder.
Som et resultat kan bare noen få spesifikke celletyper merkes samtidig. I motsetning til dette vil ultrasmalbåndslyset fra mikrodisklasere kunne gjenkjenne et mye større antall celletyper samtidig.
Teamet testet og demonstrerte med suksess nøyaktig innstilte mikrodisklaserpartikler som biomarkører ved å bruke dem til å merke dyrkede normale brystepitelceller MCF10A. Med sin ultrabredbåndsutslipp kan disse laserne potensielt revolusjonere biosensing ved å bruke veletablerte biomedisinske og optiske teknikker, for eksempel cellulær kinetikk bildediagnostikk, flowcytometri og multihistologisk analyse.
Den PEC ets-baserte teknologien markerer et betydelig fremskritt innen mikrodisklasere. Skalerbarheten til metoden, så vel som dens sub-nanometer presisjon, åpner for nye muligheter for de utallige anvendelsene av lasere i nanofotoniske og biomedisinske enheter, samt i strekkodingen av spesifikke cellepopulasjoner og analyserte molekyler.