يقترح فريق أمريكي طريقة جديدة لضبط ليزرات الأقراص الدقيقة

يقول فريق بحثي مشترك من كلية الطب بجامعة هارفارد (HMS) ومستشفى MIT العام إنهم تمكنوا من ضبط خرج ليزر القرص الصغير باستخدام طريقة الحفر الكهروضوئي، مما يجعل مصدرًا جديدًا للنانوفوتونيات والطب الحيوي "واعدًا".

(يمكن تعديل خرج ليزر القرص الصغير بواسطة طريقة الحفر الكهروضوئي)

في مجالاتتقنية النانو الضوئيةوالطب الحيوي، القرص الصغيرالليزروأصبحت ليزرات الأقراص النانوية واعدةمصادر الإضاءةوالمجسات. في العديد من التطبيقات، مثل الاتصالات الضوئية على الرقاقة، والتصوير الحيوي على الرقاقة، والاستشعار الكيميائي الحيوي، ومعالجة معلومات الفوتونات الكمومية، يلزم تحقيق خرج ليزري لتحديد الطول الموجي ودقة النطاق الضيق للغاية. ومع ذلك، لا يزال تصنيع ليزرات الأقراص الميكروية والنانوية بهذا الطول الموجي الدقيق على نطاق واسع يمثل تحديًا. تُدخل عمليات التصنيع النانوي الحالية عشوائية قطر القرص، مما يجعل من الصعب الحصول على طول موجي محدد في معالجة وإنتاج الليزر بكميات كبيرة. الآن، يعمل فريق من الباحثين من كلية الطب بجامعة هارفارد ومركز ويلمان التابع لمستشفى ماساتشوستس العام على تطوير تقنية جديدة لتصنيع ليزرات الأقراص الميكروية والنانوية ذات الطول الموجي الدقيق.الطب الكهروضوئيطوّرت شركة تقنية حفر كهروضوئية مبتكرة تُساعد على ضبط طول موجة ليزر القرص الميكروي بدقة تصل إلى أجزاء من النانومتر. وقد نُشر هذا العمل في مجلة "أدفانسد فوتونيكس".

النقش الكيميائي الضوئي
بحسب التقارير، تُمكّن الطريقة الجديدة التي ابتكرها الفريق من تصنيع ليزرات الأقراص الدقيقة ومصفوفات ليزرات الأقراص النانوية بأطوال موجية انبعاث دقيقة ومحددة مسبقًا. ويكمن سر هذا الإنجاز في استخدام تقنية الحفر الكهروضوئي، التي توفر طريقة فعّالة وقابلة للتطوير لضبط طول موجة ليزر القرص الدقيق بدقة. في النتائج المذكورة أعلاه، نجح الفريق في الحصول على أقراص دقيقة من زرنيخيد الإنديوم والغاليوم المُفسفتة والمغطاة بالسيليكا على بنية عمودية من فوسفيد الإنديوم. ثم قاموا بضبط طول موجة الليزر لهذه الأقراص الدقيقة بدقة إلى قيمة محددة عن طريق إجراء عملية حفر كيميائي ضوئي في محلول مخفف من حمض الكبريتيك.
كما بحثوا في آليات وديناميكيات عمليات الحفر الكهروضوئي المحددة. وأخيرًا، نقلوا مصفوفة الأقراص الميكروية المضبوطة الطول الموجي إلى ركيزة من متعدد ثنائي ميثيل سيلوكسان لإنتاج جسيمات ليزرية مستقلة ومعزولة بأطوال موجية ليزرية مختلفة. ويُظهر القرص الميكروي الناتج نطاقًا تردديًا واسعًا للغاية لانبعاث الليزر، معليزرعلى العمود أقل من 0.6 نانومتر والجسيم المعزول أقل من 1.5 نانومتر.

فتح الباب أمام التطبيقات الطبية الحيوية
تفتح هذه النتيجة آفاقًا واسعةً أمام العديد من التطبيقات النانوية الضوئية والطبية الحيوية. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام ليزرات الأقراص الدقيقة المستقلة كرموز شريطية فيزيائية ضوئية للعينات البيولوجية غير المتجانسة، مما يتيح وسم أنواع خلايا محددة واستهداف جزيئات معينة في التحليل المتعدد. ويتم حاليًا وسم أنواع الخلايا باستخدام المؤشرات الحيوية التقليدية، مثل الفلوروفورات العضوية والنقاط الكمومية والخرزات الفلورية، والتي تتميز بعرض نطاق انبعاث واسع. وبالتالي، لا يمكن وسم سوى عدد قليل من أنواع الخلايا المحددة في الوقت نفسه. في المقابل، سيتمكن انبعاث الضوء ذو النطاق الضيق للغاية لليزر القرص الدقيق من تحديد المزيد من أنواع الخلايا في الوقت نفسه.
اختبر الفريق بنجاح جزيئات ليزرية دقيقة مُعدّلة بدقة عالية كعلامات حيوية، مستخدمًا إياها لوسم خلايا MCF10A الظهارية الطبيعية للثدي المزروعة. وبفضل انبعاثها واسع النطاق للغاية، يُمكن لهذه الليزرات أن تُحدث ثورة في مجال الاستشعار الحيوي، باستخدام تقنيات طبية حيوية وبصرية مُثبتة، مثل التصوير الخلوي الديناميكي، وقياس التدفق الخلوي، وتحليل البيانات الجينومية المتعددة. تُمثل التقنية القائمة على الحفر الكهروكيميائي الضوئي تقدمًا كبيرًا في مجال الليزرات الدقيقة. إن قابلية التوسع في هذه الطريقة، فضلًا عن دقتها دون النانومترية، تفتح آفاقًا جديدة لتطبيقات لا حصر لها لليزر في مجال الفوتونيات النانوية والأجهزة الطبية الحيوية، بالإضافة إلى إمكانية استخدامها في ترميز أنواع محددة من الخلايا والجزيئات التحليلية.