Lasers worden gebruikt in een reeks alledaagse apparaten, gebruik maken van de kracht van lichtmoleculen, fotonen, - opgesteld om zeer geconcentreerde lichtstralen te vormen - om nu veelvoorkomende taken uit te voeren, zoals het scannen van streepjescodes en het verwijderen van tatoeages.

Omdat biosensing- en bio-imaging-onderzoek diep in het weefsel tot op intracellulair niveau wil kijken, vormt het miniaturiseren van laserapparaten belangrijke uitdagingen voor deze biologische toepassingen op nanoschaal. Bij nieuw onderzoek gepubliceerd in Natuurcommunicatie , wetenschappers demonstreren hoe het eerder veelbelovende concept van een microcavity-laser een energiebesparende en gebruikersveilige laseremissie kan produceren die een laag pompvermogen vereist.

Corresponderende auteur Dr. Jiajia Zhou, van de Technische Universiteit Sydney (UTS), zei dat normaal gesproken een laag pompvermogen onvoldoende is om nanodeeltjes te laten laseren, maar het team was in staat om "de lichtgevende emitters in elk nanodeeltje te regelen om met elkaar in wisselwerking te staan, zodat de elektronen zich kunnen ophopen op specifieke energieniveaus".

"Dit betekent dat zelfs bij een pomp met een zeer laag vermogen de nanodeeltjes zullen laseren, in feite hebben we een twee-orde van grootte lagere pompdrempel aangetoond in vergelijking met wat gewoonlijk wordt bereikt, " ze zei.

Het onderzoeksteam moest ook het bindingsoppervlak van de nanodeeltjesmatrix ontwerpen om een ​​holteoppervlak te vormen met een uniforme enkele laag.

Dr. Zhou zei dat de Near Infra Red (NIR) microcavity laser mogelijk kan worden ingebed in dikke weefsels, enkele cellen, en om de omgevingsindicatoren zoals temperatuur, pH, en brekingsindex.

"Het volgen van de verandering van deze indicatoren kan ons de gezondheidsstatus van de weefsels of cellen vertellen, die in het kader van ziektedetectie in een vroeg stadium valt, "ze zei.

senior auteur, directeur van UTS Institute for Biomedical Materials &Devices Professor Dayong Jin, zei dat deze ontdekking veelbelovend was voor biologische toepassingen.

''Ik denk dat dit zeker een stap vooruit is om de droom te realiseren dat, net zoals we een laserpointer gebruiken op een powerpoint-dia, we zouden een klein apparaatje in een cel kunnen richten, en verlicht een interessegebied in de compartimenten van een cel.

"Het verlagen van de behoefte aan het pompvermogen betekent minder weefselbeschadiging als de laser het monster penetreert. in dit geval is de laseremissie zo scherp als een lijn, het kan de indicatoren nauwkeuriger detecteren door de ongewenste interferentie te vermijden die vaak voorkomt bij spontane fluorescentie-gebaseerde detectie, " hij zei.

"Het is geen sciencefiction. We hebben een enkel nanodeeltje gedemonstreerd, die kleiner is dan een intracellulair compartiment, kan werken als een laser, en bij laag vermogen, maar het kan nog steeds een scherp signaal afgeven. Met andere woorden een 'laserpointer' die klein genoeg is om in een kankercel te komen, en oplichten om de motor van die kankercel te stoppen, "Professor Jin, die tevens directeur is van het UTS-SUStech Joint Research Centre, zei.