USA-teamet utvecklar PEC Etch-baserad metod för att tuna mikrodisklasrar

Nyligen sa ett gemensamt forskarlag från Harvard Medical School (HMS) och MIT General Hospital i USA att de har insett justeringen av mikrodisklaserutgångar med PEC-etsning, vilket gör en ny källa till nanofotonik och biomedicin "mycket lovande".
Mikrodisklasrar och nanodisklasrar har dykt upp som en lovande ljuskälla och sond inom områden som nanofotonik och biomedicin. I flera applikationer, såsom on-chip fotonisk kommunikation, on-chip bioimaging, biokemisk avkänning och kvantfotonisk informationsbehandling, kräver de laserutgång vid en definierad våglängd och med ultrasmalbandsprecision. Storskalig tillverkning av mikro- och nanodisklasrar med så exakta våglängder är dock fortfarande utmanande. Nuvarande nanotillverkningsprocesser introducerar slumpmässighet i skivdiametrar, vilket gör det svårt att erhålla inställda våglängder vid laserbearbetning och produktion av hög volym.
Och nu har en grupp forskare från Harvard Medical School och Wellman Center for Photomedicine vid Massachusetts General Hospital utvecklat en innovativ fotoelektrokemisk (PEC) etsningsteknik som hjälper till att exakt ställa in laservåglängderna för mikrodisklasrar med subnanometerprecision.
Resultaten publiceras i tidskriften Advanced Photonics.
Fotoelektrokemisk etsning
Gruppens nya tillvägagångssätt möjliggör tillverkning av mikrodisklasrar och nanodisklasermatriser med exakta, förutbestämda emissionsvåglängder, enligt rapporten. Nyckeln till detta genombrott är användningen av PEC-etsning, som ger ett effektivt och skalbart sätt att finjustera våglängden på mikrodisklasrar.
I ovanstående resultat lyckades teamet få kiseldioxidtäckta indiumgalliumarsenidfosfid-mikrodiskar på indiumfosfidkolonnstrukturer. De justerade sedan laservåglängderna för dessa mikrodisketter exakt till definierade värden genom fotoelektrokemisk etsning i en utspädd svavelsyralösning.
De undersökte också mekanismen och kinetiken för specifik fotoelektrokemisk (PEC) etsning. Slutligen överförde de de våglängdsavstämda mikrodiskarrayerna till polydimetylsiloxansubstrat för att producera separata, isolerade laserpartiklar med olika laservåglängder.
De resulterande mikrodiskarna visar en ultrabredbandsbandbredd för laseremission, med lasrar på kolumnen mindre än 0,6 nm och isolerade partiklar mindre än 1,5 nm.
Öppnar dörren för biomedicinska och andra tillämpningar
Detta resultat öppnar dörren till många nya nanofotoniska och biomedicinska tillämpningar. Till exempel kan fristående mikrodisklasrar fungera som fysisk-optiska streckkoder för heterogena biologiska prover, vilket möjliggör celltypsspecifik märkning och inriktning av specifika molekyler i multiplexade analyser.
Celltypsspecifik märkning utförs för närvarande med hjälp av konventionella biomarkörer såsom organiska fluoroforer, kvantprickar och fluorescerande pärlor, som har breda emissionslinjebredder.
Som ett resultat kan endast ett fåtal specifika celltyper märkas samtidigt. Däremot skulle den ultrasmalbandiga ljusemissionen från mikrodisklasrar kunna känna igen ett mycket större antal celltyper samtidigt.
Teamet testade och demonstrerade framgångsrikt exakt avstämda mikrodisklaserpartiklar som biomarkörer och använde dem för att märka odlade normala bröstepitelceller MCF10A. Med sin ultrabredbandsemission kan dessa lasrar potentiellt revolutionera biosensing med hjälp av väletablerade biomedicinska och optiska tekniker, såsom cellulär kinetik avbildning, flödescytometri och multihistologisk analys.
Den PEC ets-baserade tekniken markerar ett betydande framsteg inom mikrodisklasrar. Metodens skalbarhet, såväl som dess sub-nanometerprecision, öppnar nya möjligheter för de otaliga tillämpningarna av lasrar i nanofotoniska och biomedicinska enheter, såväl som vid streckkodning av specifika cellpopulationer och analyserade molekyler.