Laserkilde til biosensorer

Inden for nanofotonik, For første gang lykkedes det for forskere at integrere en laser med et organisk forstærkningsmedium på en fotonisk siliciumchip. Denne tilgang har et enormt potentiale for billige biosensorer, der kan bruges til næsten-patientdiagnose én gang og uden nogen form for steriliseringsudgifter svarende til nutidens strimler til måling af blodsukker. Forskerne præsenterer nu den nye laser i Naturkommunikation .

Dette er første gang, organiske lasere blev integreret på en enkelt fotonisk siliciumchip, Christian Koos, forsker ved KIT's Institute of Photonics and Quantum Electronics (IPQ) og Institute of Microstructure Technology (IMT), rapporter. "Den største fordel ved laserne består i, at produktion af store serier er forbundet med lave omkostninger. På længere sigt fremstilling til en pris på nogle cent pr. laser kan være mulig."

En af de store udfordringer forbundet med fremstillingen af ​​optiske mikrochips består i at integrere en række forskellige komponenter på ét substrat til en lav pris. I nogle år nu, det har været muligt at fremstille optiske komponenter af silicium. Denne såkaldte siliciumfotonik bruger højt udviklede nanoteknologiske fremstillingsprocesser af mikroelektronik og giver mulighed for billig produktion af et stort antal højtydende fotoniske komponenter. Sådanne komponenter på brøkdele af en mikrometer i størrelse kan bidrage til at gøre informationsteknologien mere energieffektiv og er særdeles velegnede til kompakte biosensorer.

Problemet med at integrere lyskilder på chippen, imidlertid, stadig forblev uløst, da siliciumhalvlederen næppe egner sig som lysgiver på grund af dens elektroniske struktur. Under elektronoverførsel mellem energimæssigt forskellige tilstande, energien frigives helst i form af varme frem for lys.

Forskere fra KIT har nu udviklet en ny klasse af lasere i det infrarøde område. Til dette formål, de kombinerer silicium nanobølgeledere med en polymer dopet med et organisk farvestof. Energien til at betjene denne "organiske" laser tilføres ovenfra, lodret til chipoverfladen, af en pulserende lyskilde. Det producerede laserlys er direkte koblet ind i en silicium nanobølgeleder. Det lykkedes forskerne at generere pulserende laserstråling med en bølgelængde på 1310 nm og en spidseffekt på mere end 1 Watt på én chip. De nye infrarøde lasere præsenteres i Naturkommunikation tidsskrift. Ved brug af forskellige farvestoffer og laserresonatorer, bølgelængden af ​​laserstråling kan varieres over et bredt område.

Komponenterne kan blandt andet bruges til biosensorer med en række integrerede laserlyskilder og bølgelængder tilpasset den specielle anvendelse. Sådanne sensorer kan bruges til at måle medicinsk relevante stoffer. For at forhindre forurening, det er fordelagtigt at producere disse chips til minimale omkostninger og kun bruge dem én gang. På denne måde sensorerne kan anvendes direkte på patienten eller i medicinsk praksis (point-of-care diagnose).