At pumpe en nanopartikel til at lasere ved lav effekt

Lasere bruges i en række dagligdags enheder, udnytte kraften af ​​lysmolekyler, fotoner, - opstillet for at danne højkoncentrerede lysstråler - til at udføre nu almindelige opgaver såsom at scanne stregkoder og fjerne tatoveringer.

Da biosensing og bio-imaging forskning søger at se dybt inde i væv til intracellulært niveau, udgør miniaturisering af laserenheder betydelige udfordringer for disse biologiske applikationer i nanoskala. I ny forskning, udgivet i Naturkommunikation , forskere demonstrerer, hvordan det tidligere lovende koncept med en mikrohulrumslaser kan producere en energibesparende og brugersikker laseremission, der kræver lav pumpeeffekt.

Tilsvarende forfatter Dr. Jiajia Zhou, fra University of Technology Sydney (UTS), sagde, at normalt lav pumpeeffekt er utilstrækkelig til at få nanopartikler til at lasere, men holdet var i stand til at "kontrollere de luminescerende emittere i hver enkelt nanopartikel til at interagere med hinanden, så elektronerne kan akkumulere ved specifikke energiniveauer".

"Det betyder, at selv ved en pumpe med meget lav effekt vil nanopartiklerne smelte, faktisk demonstrerede vi en to størrelsesorden lavere pumpetærskel sammenlignet med hvad der normalt opnås, " hun sagde.

Forskerholdet skulle også konstruere bindingsoverfladen af ​​nanopartikelmatrixen til at danne en hulrumsoverflade med et ensartet enkelt lag.

Dr. Zhou sagde, at Near Infra Red (NIR) mikrokavitetslaseren potentielt kan indlejres i tykt væv, enkeltceller, og at fornemme de miljømæssige indikatorer såsom temperatur, pH, og brydningsindeks.

"Overvågning af ændringen af ​​disse indikatorer kan fortælle os vævenes eller cellernes sundhedsstatus, som indgår i sygdomsdetektion i tidlige stadier, "hun sagde.

Senior forfatter, direktør for UTS Institute for Biomedical Materials &Devices Professor Dayong Jin, sagde, at denne opdagelse holdt meget lovende for biologiske anvendelser.

''Jeg tror, ​​at dette helt klart er et skridt fremad til at realisere drømmen om, at ligesom vi bruger en laserpointer på en powerpoint-dias, vi kunne pege en lille enhed ind i en celle, og belyse et område af interesse inde i en celles rum.

"At sænke kravet til pumpekraften betyder mindre vævsskade, da laseren trænger ind i prøven. i dette tilfælde er laseremissionen så skarp som en linje, den kan registrere indikatorerne mere præcist ved at undgå den uønskede interferens, som ofte sker ved spontan fluorescens-baseret sansning, " han sagde.

"Det er ikke science fiction. Vi har demonstreret en enkelt nanopartikel, som er mindre end et intracellulært rum, kan virke som en laser, og ved lav effekt, men den kan stadig udsende et skarpt signal. Med andre ord en "laserpointer" lille nok til at komme ind i en kræftcelle, og lyse for at stoppe motoren i den kræftcelle, " Professor Jin, som også er direktør for UTS-SUStech Joint Research Centre, sagde.