Lille bitte, biokompatibel laser kunne fungere inde i levende væv

Forskere har udviklet en lille nanolaser, der kan fungere inde i levende væv uden at skade dem.

Kun 50 til 150 nanometer tyk, laseren er omkring 1/1, 000. tykkelsen af ​​et enkelt menneskehår. I denne størrelse, laseren kan passe og fungere i levende væv, med potentiale til at mærke sygdomsbiomarkører eller måske behandle neurologiske lidelser i dyb hjerne, såsom epilepsi.

Udviklet af forskere ved Northwestern og Columbia Universities, nanolaseren viser specifikt løfte om billeddannelse i levende væv. Det er ikke kun lavet hovedsageligt af glas, som er iboende biokompatibel, laseren kan også exciteres med længere bølgelængder af lys og udsende ved kortere bølgelængder.

"Længere bølgelængder af lys er nødvendige til biobilleddannelse, fordi de kan trænge længere ind i væv end synlige bølgelængdefotoner, " sagde Northwesterns Teri Odom, som var med til at lede forskningen. "Men kortere bølgelængder af lys er ofte ønskelige på de samme dybe områder. Vi har designet et optisk rent system, der effektivt kan levere synligt laserlys på penetrationsdybder, der er tilgængelige for længere bølgelængder."

Nanolaseren kan også fungere i ekstremt trange rum, herunder kvantekredsløb og mikroprocessorer til ultrahurtig og laveffektelektronik.

Avisen blev offentliggjort i dag (23. september) i tidsskriftet Naturmaterialer . Odom ledede arbejdet sammen med P. James Schuck ved Columbia University's School of Engineering.

Mens mange applikationer kræver stadigt mindre lasere, forskere løbende støder på den samme vejspærring:Nanolasers har en tendens til at være meget mindre effektive end deres makroskopiske modstykker. Og disse lasere har typisk brug for kortere bølgelængder, såsom ultraviolet lys, at magte dem.

"Dette er dårligt, fordi de ukonventionelle miljøer, hvor folk ønsker at bruge små lasere, er meget modtagelige for skader fra UV-lys og den overskydende varme, der genereres af ineffektiv drift, " sagde Schuck, lektor i maskinteknik.

Odom, Schuck og deres teams var i stand til at opnå en nanolaserplatform, der løser disse problemer ved at bruge foton opkonvertering. I opkonvertering, lavenergifotoner absorberes og omdannes til én foton med højere energi. I dette projekt, holdet startede med lavenergi, "biovenlige" infrarøde fotoner og opkonverterede dem til synlige laserstråler. Den resulterende laser kan fungere under lav effekt og er lodret meget mindre end lysets bølgelængde.

"Vores nanolaser er gennemsigtig, men kan generere synlige fotoner, når de optisk pumpes med lys, som vores øjne ikke kan se, " sagde Odom, Charles E. og Emma H. ​​Morrison professor i kemi ved Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences. "Den kontinuerlige bølge, laveffektegenskaber vil åbne adskillige nye applikationer, især inden for biologisk billeddannelse."

"Spændende nok, vores bittesmå lasere fungerer ved kræfter, der er størrelsesordener mindre end observeret i eksisterende lasere, " sagde Schuck.