Исследователи разработали крошечный нанолазер, который может функционировать внутри живых тканей, не причиняя им вреда. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Materials.
Актуальность проблемы
Хотя для многих применений требуются все более мелкие лазеры, исследователи постоянно сталкиваются с одним и тем же препятствием: нанолазеры, как правило, гораздо менее эффективны, чем их макроскопические аналоги. И эти лазеры, как правило, нуждаются в более коротких длинах волн, таких как ультрафиолетовый свет, для их питания.
«Это плохо, поскольку небольшие лазеры очень чувствительны к повреждениям от ультрафиолета и избыточного тепла, генерируемого неэффективной работой», – объясняет автор исследования Тери Одом (Teri Odom).
Материалы и методы обследования
Ученые создали нанолазерную платформу, которая решает эти проблемы с помощью фотонного преобразования. При преобразовании с повышением частоты низкоэнергетические фотоны поглощаются и преобразуются в один фотон с более высокой энергией. В этом проекте ученые начали с низкоэнергетических, «биологически чистых» инфракрасных фотонов и преобразовали их в видимые лазерные лучи.
Результаты научной работы
Толщина лазера составляет от 50 до 150 нанометров, что составляет примерно 1/1000 толщины человеческого волоса. При таком размере лазер может приспосабливаться и функционировать в живых тканях, способных ощущать биомаркеры заболевания или, возможно, лечить неврологические расстройства мозга, такие как эпилепсия. Разработанный учеными из Северо-западного университета (Northwestern University) и Колумбийского университета (Columbia Universitу), нанолазер демонстрирует особые перспективы для визуализации в живых тканях. Мало того, что нанолазер сделан в основном из стекла, которое по своей природе является биосовместимым, лазер также может возбуждаться при более длинных длинах волн света и излучать при более коротких длинах волн.
«Более длинные волны света необходимы для биоизображения, потому что они могут проникать в ткани дальше, чем видимые фотоны с волнами обычного размера», – объясняет Тери Одом. «Однако в тех же самых глубоких областях необходимы более короткие длины волн света. Мы разработали оптически чистую систему, которая может эффективно доставлять видимый лазерный свет на глубину проникновения, доступную для более длинных волн».
Нанолазер также может работать в чрезвычайно ограниченных пространствах, включая квантовые схемы и микропроцессоры для сверхбыстрой и маломощной электроники. Нанолазер может функционировать при малых мощностях и при значительно меньшей длине волны света.
«Наш нанолазер прозрачен, но может генерировать фотоны, которые не видны нашим глазам», – объясняет Тери Одом. «Непрерывная волна и характеристики низкой мощности откроют множество новых применений, особенно в биологической визуализации».
Авторы другого исследования обнаружили механизм восстановления клеточной ДНК после повреждения, вызванного солнцем.
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
