צוות ארה"ב מפתח שיטה מבוססת PEC Etch לכוונון לייזרים מיקרודיסקים

לאחרונה, צוות מחקר משותף מבית הספר לרפואה של הרווארד (HMS) ומבית החולים הכללי של MIT בארה"ב אמר שהם הבינו את כוונון פלטי הלייזר של מיקרו-דיסק באמצעות תחריט PEC, מה שהופך מקור חדש של ננו-פוטוניקה וביו-רפואה ל"מבטיח מאוד".
לייזרים מיקרו-דיסקים ולייזרים ננו-דיסקים הופיעו כמקור אור ובדיקה מבטיחים בתחומים כמו ננו-פוטוניקה וביו-רפואה. במספר יישומים, כגון תקשורת פוטונית על-שבב, ביולוגי-הדמיה על-שבב, חישה ביוכימית ועיבוד מידע פוטוני קוונטי, הם דורשים פלט לייזר באורך גל מוגדר ובדיוק צר במיוחד. עם זאת, ייצור בקנה מידה גדול של לייזרים מיקרו וננו-דיסקים כל כך מדויקים נותר מאתגר. תהליכי ננו-ייצור נוכחיים מציגים אקראיות בקוטרי דיסקים, מה שמקשה על השגת אורכי גל מוגדרים בעיבוד וייצור בנפח גבוה בלייזר.
ועכשיו, קבוצת חוקרים מבית הספר לרפואה בהרווארד וממרכז וולמן לרפואת תרופות בבית החולים הכללי של מסצ'וסטס פיתחו טכניקת תחריט פוטו-אלקטרוכימית (PEC) חדשנית המסייעת לכוון במדויק את אורכי הגל של הלייזר של לייזרים מיקרו-דיסקים עם דיוק תת-ננומטר.
התוצאות מתפרסמות בכתב העת Advanced Photonics.
תחריט פוטו-אלקטרוכימי
הגישה החדשה של הקבוצה מאפשרת ייצור של לייזרים מיקרו-דיסק ומערכי לייזר ננו-דיסקים עם אורכי גל מדויקים שנקבעו מראש, על פי הדו"ח. המפתח לפריצת דרך זו הוא השימוש בתחריט PEC, המספק דרך יעילה וניתנת להרחבה לכוונון עדין של אורך הגל של לייזרים מיקרודיסקים.
בתוצאות לעיל, הצוות הצליח להשיג מיקרו-דיסקים של אינדיום גליום ארסניד פוספיד מכוסה בסיליקון דו-חמצני על מבני עמודי אינדיום פוספיד. לאחר מכן הם כיוונו במדויק את אורכי הגל של הלייזר של דיסקים אלה לערכים מוגדרים על ידי תחריט פוטו-אלקטרוכימי בתמיסת חומצה גופרתית מדוללת.
הם גם חקרו את המנגנון והקינטיקה של תחריט פוטו-אלקטרוכימי ספציפי (PEC). לבסוף, הם העבירו את מערכי המיקרו-דיסקים המכוונים לאורך הגל על ​​גבי מצעי פולידימתיל סילוקסן כדי לייצר חלקיקי לייזר נפרדים ומבודדים עם אורכי גל לייזר שונים.
הדיסקים המתקבלים מראים רוחב פס רחב במיוחד של פליטת לייזר, עם לייזרים על העמודים פחות מ-0.6 ננומטר וחלקיקים מבודדים פחות מ-1.5 ננומטר.
פתיחת הדלת ליישומים ביו-רפואיים ואחרים
תוצאה זו פותחת את הדלת ליישומים ננו-פוטוניים וביו-רפואיים חדשים רבים. לדוגמה, לייזרים מיקרו-דיסקים עצמאיים יכולים לשמש ברקודים פיזיים-אופטיים עבור דגימות ביולוגיות הטרוגניות, המאפשרים תיוג ספציפי לסוג תא ומיקוד של מולקולות ספציפיות בניתוחים מרובבים.
תיוג ספציפי לסוג תא מבוצע כיום באמצעות סמנים ביולוגיים קונבנציונליים כגון פלואורפורים אורגניים, נקודות קוונטיות וחרוזים פלורסנטים, בעלי רוחב קו פליטה רחב.
כתוצאה מכך, רק כמה סוגי תאים ספציפיים יכולים להיות מסומנים בו זמנית. לעומת זאת, פליטת האור צר-הפס של לייזרים מיקרו-דיסקים תוכל לזהות מספר גדול בהרבה של סוגי תאים בו-זמנית.
הצוות בדק והדגים בהצלחה חלקיקי לייזר מיקרו-דיסק מכוונים במדויק כסמנים ביולוגיים המשתמשים בהם לתיוג תאי אפיתל שד נורמליים מתורבתים MCF10A. עם פליטת הפס הרחב במיוחד שלהם, לייזרים אלה עשויים לחולל מהפכה ביולוגית באמצעות טכניקות ביו-רפואיות ואופטיות מבוססות, כגון קינטיקה סלולרית הדמיה, ציטומטריית זרימה וניתוח מולטי-היסטולוגי.
הטכנולוגיה מבוססת PEC Etch מסמנת התקדמות משמעותית בלייזרי מיקרו-דיסק. המדרגיות של השיטה, כמו גם הדיוק התת-ננומטרי שלה, פותחות אפשרויות חדשות לאינספור יישומים של לייזרים במכשירים ננו-פוטוניים וביו-רפואיים, כמו גם בברקוד של אוכלוסיות תאים ספציפיות ומולקולות מנותחות.