Advanced Photonics: Ученые разметили живые клетки микродисковыми лазерами

Микро- и нанодисковые лазеры в последнее время стали перспективными оптическими источниками и датчиками для различных приложений в области нанофотоники и биомедицины. Их способность достигать детерминированной длины волны и ультранизкополосной точности излучения имеет решающее значение для ряда приложений в области фотонных коммуникаций на кристалле, биовизуализации на кристалле, биохимического зондирования и квантовой фотонной обработки информации.

Однако крупномасштабное изготовление микро- и нанодисковых лазеров с такой точной длиной волны остается сложной задачей. Существующие процессы нанофабрикации вносят случайность в диаметр диска, что затрудняет получение детерминированных длин волн в партиях лазеров.

Решая эту проблему, группа исследователей из Гарвардской медицинской школы и Центра фотомедицины Веллмана Массачусетской больницы разработала инновационную методику фотоэлектрохимического (ФЭХ) травления, позволяющую точно настраивать длину волны излучения микродисковых лазеров с субнанометрической точностью. Работа опубликована в журнале Advanced Photonics с открытым доступом.

Новый подход позволяет изготавливать партии микро- и нанолазеров с точной и заранее заданной длиной волны излучения. Ключ к этому прорыву лежит в использовании PEC-травления, которое предлагает эффективный и масштабируемый способ точной настройки длины волны микродисковых лазеров.

В своей работе команда успешно получила микродиски из фосфида индия-галлия-арсенида, покрытые SiO2, на столбчатых структурах из фосфида индия. Затем они точно настроили длины волн свечения этих микродисков до детерминированных значений, выполнив фотоэлектрохимическое травление в разбавленном растворе серной кислоты. Также были исследованы механизм и кинетика, лежащие в основе специфического ПЭХ-травления. Наконец, они перенесли массивы микродисков с настройкой длины волны на подложку из полидиметилсилоксана, получив отдельно стоящие изолированные лазерные частицы с разными длинами волн. Полученные микродиски демонстрировали лизинг с ультраширокой полосой пропускания менее 0,6 нм для лазеров на столбах и менее 1,5 нм для изолированных частиц.

Этот результат открывает двери для многих новых нанофотонных и биомедицинских приложений. Например, отдельно стоящие микродисковые лазеры могут служить физическими оптическими штрих-кодами для гетерогенных биологических образцов, позволяя помечать конкретные типы клеток и нацеливать на них определенные молекулы в мультиплексных анализах.

В настоящее время для мечения клеток используются традиционные биомаркеры, такие как органические флуорофоры, квантовые точки и флуоресцентные шарики, которые имеют широкую ширину полосы излучения. В результате одновременно могут быть помечены только несколько конкретных типов клеток. Напротив, микродисковые лазеры с их сверхширокополосным излучением позволят одновременно идентифицировать большее число типов клеток.

В связи с этим группа исследователей провела испытания и успешно продемонстрировала применение точно настроенных микродисковых лазерных частиц в качестве биомаркеров, используя их для мечения живых нормальных эпителиальных клеток молочной железы MCF10A в культуре. Благодаря сверхширокополосному излучению эти лазеры могут произвести революцию в биосенсинге, осуществляемом с помощью хорошо известных биомедицинских и оптических методов, таких как визуализация динамики клеток, проточная цитометрия и мультиомический анализ.

Метод, основанный на травлении ПЭК, является значительным прогрессом в области микродисковых лазеров. Масштабируемость метода и его субтоннажная точность открывают новые возможности для многочисленных применений таких лазеров в нанофотонных и биомедицинских устройствах, а также для штрихового кодирования конкретных клеточных популяций и анализируемых молекул.

03.09.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные предлагают контролировать москитов с помощью генетической селекции
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Учёные МИСИС и ИФХЭ РАН разработали быстрый и дешёвый метод получения вольфрама
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
Казанский студент намерен разработать умные очки в 3 раза дешевле аналогов
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
На российском рынке труда — дефицит инженеров и конструкторов на производстве
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
ANZJ of Public Health: Пары сварки подвергают сварщиков риску развития рака
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского
Казанские ученые выяснили, что русский язык позитивнее английского
AIChE Journal: Инженеры исследуют расширение интеллекта для большей безопасности
AIChE Journal: Инженеры исследуют расширение интеллекта для большей безопасности
Оценка мозга при деменции и инсульте также предсказывает депрессию в конце жизни
Оценка мозга при деменции и инсульте также предсказывает депрессию в конце жизни
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

Новости компаний, релизы

U-NOVUS 2024: технологическое развитие России немыслимо без университетов и инвестиций бизнеса в техпред
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Биохимики СПбГУ выяснили, что гипоксия плода в сочетании со стрессом матери может приводить к никотиновой зависимости
В России начинает работу фонд для нуждающихся в сложном высокотехнологичном лечении