يقترح فريق أمريكي طريقة جديدة لضبط ليزر الأقراص الصغيرة

يقول فريق بحث مشترك من كلية الطب بجامعة هارفارد (HMS) ومستشفى معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا العام إنهم حققوا ضبط مخرجات ليزر القرص الصغير باستخدام طريقة النقش PEC، مما يجعل مصدرًا جديدًا للضوئيات النانوية والطب الحيوي "واعدًا".

(يمكن تعديل مخرجات ليزر القرص الصغير بواسطة طريقة النقش PEC)

في مجالاتعلم النانو الضوئيوالطب الحيوي، القرص الصغيرالليزروأصبحت أشعة الليزر النانوية واعدةمصادر الضوءوتحقيقات. في العديد من التطبيقات، مثل الاتصالات الضوئية على الرقاقة، والتصوير الحيوي على الرقاقة، والاستشعار الكيميائي الحيوي، ومعالجة معلومات الفوتون الكمي، يحتاجون إلى تحقيق إخراج الليزر في تحديد الطول الموجي ودقة النطاق الضيق للغاية. ومع ذلك، لا يزال من الصعب تصنيع أجهزة ليزر ذات أقراص ميكروية ونانوية بهذا الطول الموجي الدقيق على نطاق واسع. تقدم عمليات التصنيع النانوية الحالية عشوائية قطر القرص، مما يجعل من الصعب الحصول على طول موجي محدد في المعالجة والإنتاج الشامل بالليزر. الآن، قام فريق من الباحثين من كلية الطب بجامعة هارفارد ومركز ويلمان بمستشفى ماساتشوستس العامالطب البصري الإلكترونيطورت تقنية حفر كيميائية بصرية مبتكرة (PEC) تساعد على ضبط الطول الموجي لليزر بدقة ليزر microdisk بدقة فرعية. تم نشر العمل في مجلة الضوئيات المتقدمة.

النقش الكيميائي الضوئي
وفقًا للتقارير، تتيح الطريقة الجديدة للفريق تصنيع أشعة ليزر ذات أقراص صغيرة ومصفوفات ليزر ذات أطوال موجية دقيقة ومحددة مسبقًا. المفتاح لهذا الإنجاز هو استخدام النقش PEC، الذي يوفر طريقة فعالة وقابلة للتطوير لضبط الطول الموجي لليزر ذو القرص الصغير. في النتائج المذكورة أعلاه، نجح الفريق في الحصول على أقراص فوسفات زرنيخيد الإنديوم الغاليوم المغطاة بالسيليكا على هيكل عمود فوسفيد الإنديوم. ثم قاموا بضبط الطول الموجي بالليزر لهذه الأقراص الدقيقة بدقة إلى قيمة محددة عن طريق إجراء النقش الكيميائي الضوئي في محلول مخفف من حمض الكبريتيك.
كما قاموا بالتحقيق في آليات وديناميكيات النقوش الكيميائية الضوئية المحددة (PEC). وأخيرًا، قاموا بنقل مجموعة الأقراص الصغيرة المضبوطة على الطول الموجي إلى ركيزة بولي ثنائي ميثيل سيلوكسان لإنتاج جزيئات ليزر مستقلة ومعزولة بأطوال موجية ليزر مختلفة. يُظهر القرص الصغير الناتج نطاقًا تردديًا واسع النطاق 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 الباب أمام العديد من التطبيقات الجديدة في مجال الضوئيات النانوية والتطبيقات الطبية الحيوية. على سبيل المثال، يمكن لأشعة الليزر ذات الأقراص الصغيرة المستقلة أن تكون بمثابة رموز شريطية فيزيائية بصرية للعينات البيولوجية غير المتجانسة، مما يتيح وضع العلامات على أنواع معينة من الخلايا واستهداف جزيئات محددة في التحليل المتعدد. ويتم حاليًا إجراء وضع العلامات الخاصة بنوع الخلية باستخدام المؤشرات الحيوية التقليدية، مثل مثل الفلوروفورات العضوية، والنقاط الكمومية، والخرز الفلورسنت، التي لها خطوط انبعاث واسعة. وبالتالي، لا يمكن تسمية سوى عدد قليل من أنواع الخلايا المحددة في نفس الوقت. في المقابل، فإن انبعاث ضوء النطاق الضيق للغاية من ليزر القرص الصغير سيكون قادرًا على تحديد المزيد من أنواع الخلايا في نفس الوقت.
اختبر الفريق وأثبت بنجاح جزيئات الليزر ذات الأقراص الدقيقة المضبوطة بدقة كمؤشرات حيوية، واستخدمها لتسمية الخلايا الظهارية الطبيعية للثدي MCF10A. بفضل انبعاثها واسع النطاق للغاية، يمكن لهذه الليزرات أن تُحدث ثورة في الاستشعار الحيوي، باستخدام تقنيات طبية حيوية وبصرية مثبتة مثل التصوير الديناميكي الخلوي، وقياس التدفق الخلوي، والتحليل متعدد الأوميكس. تمثل التقنية المعتمدة على النقش PEC تقدمًا كبيرًا في مجال ليزر الأقراص الصغيرة. إن قابلية تطوير هذه الطريقة، فضلاً عن دقتها دون النانومترية، تفتح إمكانيات جديدة لتطبيقات لا حصر لها من الليزر في الضوئيات النانوية والأجهزة الطبية الحيوية، بالإضافة إلى الرموز الشريطية لمجموعات محددة من الخلايا والجزيئات التحليلية.