近日，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院(HMS)和麻省理工學(xué)院總醫(yī)院的一個(gè)聯(lián)合研究小組表示，他們利用PEC刻蝕法實(shí)現(xiàn)了微盤激光器輸出的調(diào)諧，這使得納米光子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的新來源“很有希望”。

在納米光子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，微碟激光器和納米碟片激光器已成為一種很有前途的光源和探針。在片上光子通信、片上生物成像、生化傳感和量子光子信息處理等幾個(gè)應(yīng)用中，它們需要在確定波長(zhǎng)和超窄帶精度上實(shí)現(xiàn)激光輸出。然而，大規(guī)模制造這種精確波長(zhǎng)的微碟和納米碟片激光器仍然是具有挑戰(zhàn)性的。當(dāng)前的納米加工工藝引入了碟片直徑的隨機(jī)性，使得在激光大批量加工與生產(chǎn)中難以獲得設(shè)定的波長(zhǎng)。

而現(xiàn)在，來自哈佛醫(yī)學(xué)院和馬薩諸塞州總醫(yī)院威爾曼光電醫(yī)學(xué)中心的一組研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種創(chuàng)新的光電化學(xué)(PEC)蝕刻技術(shù)，該技術(shù)有助于以亞納米精度精確調(diào)整微碟激光器的激光波長(zhǎng)。

光電化學(xué)蝕刻

據(jù)介紹，該小組的新方法能夠制造具有精確、預(yù)定發(fā)射波長(zhǎng)的微碟激光器和納米碟片激光器陣列。這一突破的關(guān)鍵在于PEC蝕刻的使用，它提供了一種有效和可擴(kuò)展的方式來微調(diào)微碟片激光器的波長(zhǎng)。

在上述成果中，該團(tuán)隊(duì)成功地在磷化銦柱結(jié)構(gòu)上獲得了二氧化硅覆蓋的砷化銦鎵磷化微磁盤。然后，他們通過在稀釋的硫酸溶液中進(jìn)行光電化學(xué)蝕刻，將這些微磁盤的激光波長(zhǎng)精確地調(diào)諧到確定的值。

他們還研究了特定光電化學(xué)(PEC)蝕刻的機(jī)制和動(dòng)力學(xué)。最后，他們將波長(zhǎng)調(diào)諧的微磁盤陣列轉(zhuǎn)移到聚二甲基硅氧烷襯底上，產(chǎn)生具有不同激光波長(zhǎng)的獨(dú)立、隔離的激光粒子。所得到的微碟片顯示出激光發(fā)射的超寬帶帶寬，柱上激光器小于0.6 nm，孤立粒子小于1.5 nm。

打開生物醫(yī)學(xué)等應(yīng)用大門

這一結(jié)果為許多新的納米光子和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用打開了大門。例如，獨(dú)立的微碟片激光器可以作為異構(gòu)生物樣品的物理光學(xué)條形碼，使特定細(xì)胞類型的標(biāo)記和多路分析中特定分子的靶向成為可能。

細(xì)胞類型特異性標(biāo)記目前使用傳統(tǒng)的生物標(biāo)志物進(jìn)行，如有機(jī)熒光團(tuán)、量子點(diǎn)和熒光珠，它們具有寬的發(fā)射線寬。

因此，只有少數(shù)特定的細(xì)胞類型可以同時(shí)被標(biāo)記。相比之下，微碟片激光器的超窄帶光發(fā)射將能夠同時(shí)識(shí)別更多的細(xì)胞類型。

該團(tuán)隊(duì)測(cè)試并成功地展示了精確調(diào)諧的微盤激光粒子作為生物標(biāo)志物，使用它們標(biāo)記培養(yǎng)的正常乳腺上皮細(xì)胞MCF10A。憑借其超寬帶發(fā)射，這些激光器可以潛在地徹底改變生物傳感，使用成熟的生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)技術(shù)，如細(xì)胞動(dòng)力學(xué)成像，流式細(xì)胞術(shù)和多組學(xué)分析。

基于PEC蝕刻的技術(shù)標(biāo)志著微磁盤激光器的重大進(jìn)步。該方法的可擴(kuò)展性，以及其亞納米精度，為激光在納米光子和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備以及特定細(xì)胞群和分析分子的條形碼中的無數(shù)應(yīng)用開辟了新的可能性。

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審核編輯：彭菁