Une équipe de recherche conjointe de la Harvard Medical School (HMS) et du MIT General Hospital affirme avoir réussi à régler la sortie d'un laser à microdisque en utilisant la méthode de gravure PEC, rendant ainsi « prometteuse » une nouvelle source pour la nanophotonique et la biomédecine.
(La sortie du laser à microdisque peut être ajustée par la méthode de gravure PEC)
Dans les domaines denanophotoniqueet biomédecine, microdisquelaserset les lasers à nanodisques sont devenus prometteurssources lumineuseset des sondes. Dans plusieurs applications telles que la communication photonique sur puce, la bio-imagerie sur puce, la détection biochimique et le traitement quantique de l'information photonique, il est nécessaire d'obtenir une sortie laser permettant de déterminer la longueur d'onde et la précision de la bande ultra-étroite. Cependant, la fabrication à grande échelle de lasers à microdisques et nanodisques de cette longueur d'onde précise reste un défi. Les procédés de nanofabrication actuels introduisent le caractère aléatoire du diamètre des disques, ce qui complique l'obtention d'une longueur d'onde définie lors du traitement et de la production laser de masse. Une équipe de chercheurs de la Harvard Medical School et du Wellman Center forMédecine optoélectroniquea développé une technique innovante de gravure optochimique (PEC) permettant d'ajuster précisément la longueur d'onde d'un laser à microdisque avec une précision subnanométrique. Ces travaux sont publiés dans la revue Advanced Photonics.
gravure photochimique
Selon certaines informations, la nouvelle méthode mise au point par l'équipe permet la fabrication de lasers à microdisques et de réseaux de lasers à nanodisques avec des longueurs d'onde d'émission précises et prédéterminées. La clé de cette avancée réside dans l'utilisation de la gravure PEC, qui offre un moyen efficace et évolutif d'ajuster finement la longueur d'onde d'un laser à microdisques. Dans les résultats ci-dessus, l'équipe a obtenu des microdisques de phosphatation d'arséniure de gallium et d'indium recouverts de silice sur une structure en colonne de phosphure d'indium. Ils ont ensuite ajusté précisément la longueur d'onde laser de ces microdisques à une valeur déterminée par gravure photochimique dans une solution diluée d'acide sulfurique.
Ils ont également étudié les mécanismes et la dynamique des gravures photochimiques spécifiques (PEC). Enfin, ils ont transféré le réseau de microdisques réglés en longueur d'onde sur un substrat en polydiméthylsiloxane afin de produire des particules laser indépendantes et isolées, de différentes longueurs d'onde. Le microdisque obtenu présente une bande passante d'émission laser ultra-large, aveclasersur la colonne inférieure à 0,6 nm et la particule isolée inférieure à 1,5 nm.
Ouvrir la porte aux applications biomédicales
Ce résultat ouvre la voie à de nombreuses nouvelles applications nanophotoniques et biomédicales. Par exemple, des lasers à microdisques autonomes peuvent servir de codes-barres physico-optiques pour des échantillons biologiques hétérogènes, permettant ainsi le marquage de types cellulaires spécifiques et le ciblage de molécules spécifiques en analyse multiplex. Le marquage spécifique à un type cellulaire est actuellement réalisé à l'aide de biomarqueurs conventionnels, tels que les fluorophores organiques, les boîtes quantiques et les billes fluorescentes, qui présentent de larges largeurs de raie d'émission. Ainsi, seuls quelques types cellulaires spécifiques peuvent être marqués simultanément. En revanche, l'émission lumineuse à bande ultra-étroite d'un laser à microdisque permettra d'identifier davantage de types cellulaires simultanément.
L'équipe a testé et démontré avec succès l'efficacité de particules laser microdisques précisément réglées comme biomarqueurs, les utilisant pour marquer des cellules épithéliales mammaires normales MCF10A en culture. Grâce à leur émission à bande ultra-large, ces lasers pourraient révolutionner la biodétection, grâce à des techniques biomédicales et optiques éprouvées telles que l'imagerie cytodynamique, la cytométrie de flux et l'analyse multi-omique. La technologie basée sur la gravure PEC marque une avancée majeure dans les lasers microdisques. L'évolutivité de la méthode, ainsi que sa précision subnanométrique, ouvrent de nouvelles perspectives pour d'innombrables applications des lasers en nanophotonique et dans les dispositifs biomédicaux, ainsi que pour les codes-barres de populations cellulaires spécifiques et de molécules analytiques.
Date de publication : 29 janvier 2024