يقول فريق بحثي مشترك من كلية الطب بجامعة هارفارد ومستشفى MIT العام إنهم نجحوا في ضبط مخرجات ليزر الأقراص الدقيقة باستخدام طريقة النقش PEC، مما يجعل المصدر الجديد للفوتونيات النانوية والطب الحيوي "واعدًا".
(يمكن تعديل خرج ليزر القرص الصغير بواسطة طريقة النقش PEC)
في مجالاتالفوتونيات النانويةوالطب الحيوي، والقرص الدقيقالليزروأصبحت ليزرات الأقراص النانوية واعدةمصادر الضوءوالمجسات. في العديد من التطبيقات، مثل الاتصالات الفوتونية على الرقاقة، والتصوير الحيوي على الرقاقة، والاستشعار الكيميائي الحيوي، ومعالجة معلومات الفوتون الكمي، يتعين تحقيق ناتج ليزر لتحديد الطول الموجي ودقة النطاق الضيق للغاية. ومع ذلك، لا يزال تصنيع ليزرات الأقراص الدقيقة والنانوية بهذا الطول الموجي الدقيق على نطاق واسع أمرًا صعبًا. تُدخل عمليات التصنيع النانوية الحالية عشوائية قطر القرص، مما يُصعّب الحصول على طول موجي محدد في معالجة وإنتاج كتلة الليزر. الآن، يعمل فريق من الباحثين من كلية الطب بجامعة هارفارد ومركز ويلمان لأبحاث الليزر التابع لمستشفى ماساتشوستس العام على تطوير تقنية جديدة.الطب البصري الإلكترونيطوّروا تقنية حفر ضوئية كيميائية مبتكرة (PEC) تُساعد على ضبط طول موجة ليزر القرص الدقيق بدقة تصل إلى أقل من النانومتر. نُشر هذا العمل في مجلة Advanced Photonics.
النقش الضوئي الكيميائي
وفقًا للتقارير، تُمكّن الطريقة الجديدة التي ابتكرها الفريق من تصنيع ليزرات أقراص دقيقة ومصفوفات ليزر أقراص نانوية بأطوال موجية انبعاث دقيقة ومحددة مسبقًا. يكمن سر هذا الإنجاز في استخدام تقنية النقش بالبولي إيثيلين الكهروستاتيكي (PEC)، التي تُوفر طريقة فعّالة وقابلة للتطوير لضبط طول موجة ليزر الأقراص الدقيقة بدقة. في النتائج المذكورة أعلاه، نجح الفريق في الحصول على أقراص دقيقة مُفسفرة من زرنيخيد الغاليوم والإنديوم، مُغطاة بالسيليكا على بنية عمود فوسفيد الإنديوم. ثم قاموا بضبط طول موجة الليزر لهذه الأقراص الدقيقة بدقة إلى قيمة مُحددة عن طريق إجراء نقش ضوئي كيميائي في محلول مُخفف من حمض الكبريتيك.
كما بحثوا في آليات وديناميكيات عمليات النقش الضوئي الكيميائي (PEC) المحددة. وأخيرًا، نقلوا مصفوفة الأقراص الدقيقة المضبوطة الطول الموجي إلى ركيزة بولي دايميثيل سيلوكسان لإنتاج جسيمات ليزر مستقلة ومعزولة بأطوال موجية مختلفة. يُظهر القرص الدقيق الناتج نطاقًا عريضًا للغاية لانبعاث الليزر، معالليزرعلى العمود أقل من 0.6 نانومتر والجسيم المعزول أقل من 1.5 نانومتر.
فتح الباب أمام التطبيقات الطبية الحيوية
تفتح هذه النتيجة آفاقًا جديدة للعديد من تطبيقات النانوفوتونيات والطب الحيوي. على سبيل المثال، يمكن استخدام ليزرات الأقراص الدقيقة المستقلة كرموز باركود فيزيائية بصرية للعينات البيولوجية غير المتجانسة، مما يتيح وسم أنواع خلايا محددة واستهداف جزيئات محددة في التحليل المتعدد. يتم حاليًا وسم أنواع الخلايا المحددة باستخدام المؤشرات الحيوية التقليدية، مثل الفلوروفورات العضوية، والنقاط الكمومية، والخرزات الفلورية، والتي تتميز بخطوط انبعاث واسعة. وبالتالي، لا يمكن وسم سوى عدد قليل من أنواع الخلايا المحددة في الوقت نفسه. في المقابل، سيتمكن انبعاث الضوء فائق الضيق لليزر الأقراص الدقيقة من تحديد أنواع خلايا أكثر في الوقت نفسه.
اختبر الفريق بنجاح جزيئات ليزر الأقراص الدقيقة المضبوطة بدقة كمؤشرات حيوية، مستخدمينها لوسم خلايا ظهارية طبيعية مزروعة في الثدي MCF10A. بفضل انبعاثها فائق النطاق العريض، يُمكن لهذه الليزرات أن تُحدث ثورة في الاستشعار الحيوي، باستخدام تقنيات طبية حيوية وبصرية مُجرّبة، مثل التصوير الديناميكي الخلوي، وقياس التدفق الخلوي، وتحليل متعدد الأوميكس. تُمثل هذه التقنية القائمة على نقش PEC تقدمًا كبيرًا في ليزرات الأقراص الدقيقة. تتيح قابلية التوسع لهذه الطريقة، بالإضافة إلى دقتها التي تصل إلى أقل من النانومتر، إمكانيات جديدة لتطبيقات لا حصر لها لليزر في الفوتونيات النانوية والأجهزة الطبية الحيوية، بالإضافة إلى الباركود لمجموعات خلوية مُحددة وجزيئات تحليلية.
وقت النشر: ٢٩ يناير ٢٠٢٤