Onderzoekers hebben een kleine nanolaser ontwikkeld die in levende weefsels kan functioneren zonder ze te beschadigen.

Slechts 50 tot 150 nanometer dik, de laser is ongeveer 1/1, 000ste van de dikte van een enkel mensenhaar. Op deze maat, de laser kan passen en functioneren in levende weefsels, met het potentieel om ziekte-biomarkers te detecteren of misschien diepe-hersenen neurologische aandoeningen te behandelen, zoals epilepsie.

Ontwikkeld door onderzoekers van de Northwestern en Columbia Universities, de nanolaser toont een specifieke belofte voor beeldvorming in levende weefsels. Het is niet alleen grotendeels van glas gemaakt, die intrinsiek biocompatibel is, de laser kan ook worden geëxciteerd met langere golflengten van licht en emitteren bij kortere golflengten.

"Lange golflengten van licht zijn nodig voor bio-imaging omdat ze verder in weefsels kunnen doordringen dan fotonen met zichtbare golflengten, " zei Teri Odom van Northwestern, die het onderzoek mede leidde. "Maar kortere golflengten van licht zijn vaak wenselijk in diezelfde diepe gebieden. We hebben een optisch schoon systeem ontworpen dat effectief zichtbaar laserlicht kan leveren op penetratiedieptes die toegankelijk zijn voor langere golflengten."

De nanolaser kan ook werken in extreem kleine ruimtes, inclusief kwantumcircuits en microprocessors voor ultrasnelle en energiezuinige elektronica.

Het artikel is vandaag (23 september) gepubliceerd in het tijdschrift Natuurmaterialen . Odom leidde het werk samen met P. James Schuck aan de School of Engineering van Columbia University.

Terwijl voor veel toepassingen steeds kleinere lasers nodig zijn, onderzoekers lopen voortdurend tegen dezelfde wegversperring aan:Nanolasers zijn over het algemeen veel minder efficiënt dan hun macroscopische tegenhangers. En deze lasers hebben doorgaans kortere golflengten nodig, zoals ultraviolet licht, om ze van stroom te voorzien.

"Dit is slecht omdat de onconventionele omgevingen waarin mensen kleine lasers willen gebruiken zeer gevoelig zijn voor schade door UV-licht en de overtollige warmte die wordt gegenereerd door inefficiënte werking, " zei Schuk, een universitair hoofddocent werktuigbouwkunde.

Odom, Schuck en hun teams waren in staat om een ​​nanolaserplatform te realiseren dat deze problemen oplost door gebruik te maken van foton-upconversie. Bij opwaartse conversie, laagenergetische fotonen worden geabsorbeerd en omgezet in één foton met hogere energie. In dit project, het team begon met een laag energieverbruik, "bio-vriendelijke" infraroodfotonen en omgezet in zichtbare laserstralen. De resulterende laser kan functioneren bij lage vermogens en is verticaal veel kleiner dan de golflengte van licht.

"Onze nanolaser is transparant, maar kan zichtbare fotonen genereren wanneer deze optisch wordt gepompt met licht dat onze ogen niet kunnen zien, " zei Odom, de Charles E. en Emma H. ​​Morrison hoogleraar scheikunde aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern. "De continue golf, low-power kenmerken zullen tal van nieuwe toepassingen openen, vooral in biologische beeldvorming."

"Spannend, onze kleine lasers werken met vermogens die orden van grootte kleiner zijn dan waargenomen in bestaande lasers, ' zei Schuck.