Une équipe américaine propose une nouvelle méthode pour le réglage des lasers à microdisque.

Une équipe de recherche conjointe de la Harvard Medical School (HMS) et du MIT General Hospital affirme avoir réussi à régler la puissance d'un laser à microdisque grâce à la méthode de gravure PEC, ce qui rend une nouvelle source pour la nanophotonique et la biomédecine « prometteuse ».

(La puissance du laser à microdisque peut être ajustée par la méthode de gravure PEC)

Dans les domaines denanophotoniqueet la 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 de l'information quantique photonique, il est nécessaire d'obtenir une émission laser précise, avec une longueur d'onde déterminée et une bande passante ultra-étroite. Cependant, la fabrication à grande échelle de lasers à microdisque et à nanodisque de cette précision reste un défi. Les procédés de nanofabrication actuels introduisent une variabilité du diamètre des disques, ce qui complique l'obtention d'une longueur d'onde fixe lors de la production en série de lasers. Une équipe de chercheurs de la Harvard Medical School et du Wellman Center forMédecine optoélectroniquea mis au point une technique de gravure optochimique (PEC) innovante permettant d'ajuster avec précision la longueur d'onde d'un laser à microdisque, avec une précision subnanométrique. Ces travaux sont publiés dans la revue Advanced Photonics.

gravure photochimique
D'après les rapports, la nouvelle méthode de l'équipe permet la fabrication de lasers à microdisque et de réseaux de lasers à nanodisque présentant des longueurs d'onde d'émission précises et prédéterminées. Cette avancée majeure repose sur l'utilisation de la gravure photoélectrochimique (PEC), qui offre une méthode efficace et adaptable pour ajuster finement la longueur d'onde d'un laser à microdisque. Dans les résultats présentés, l'équipe a obtenu avec succès des microdisques de phosphatation d'arséniure d'indium-gallium recouverts de silice sur une structure de colonne de phosphure d'indium. Elle a ensuite ajusté avec précision 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 de gravures photochimiques (PEC) spécifiques. Enfin, ils ont transféré le réseau de microdisques à longueur d'onde accordée sur un substrat de polydiméthylsiloxane afin de produire des particules laser indépendantes et isolées, émettant à différentes longueurs d'onde. Le microdisque ainsi obtenu présente une bande passante d'émission laser ultra-large.lasersur 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 applications nouvelles en nanophotonique et en biomédecine. Par exemple, les lasers à microdisque autonomes peuvent servir de codes-barres physico-optiques pour des échantillons biologiques hétérogènes, permettant le marquage de types cellulaires spécifiques et le ciblage de molécules spécifiques dans le cadre d'analyses multiplexes. Le marquage spécifique de types cellulaires est actuellement réalisé à l'aide de biomarqueurs conventionnels, tels que les fluorophores organiques, les points quantiques et les billes fluorescentes, qui présentent de larges bandes d'émission. De ce fait, 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 simultanément un plus grand nombre de types cellulaires.
L'équipe a testé et démontré avec succès l'efficacité de particules laser à microdisque précisément accordées comme biomarqueurs, en les utilisant pour marquer des cellules épithéliales mammaires normales MCF10A en culture. Grâce à leur émission à très large bande, ces lasers pourraient révolutionner la biodétection, en s'appuyant sur des techniques biomédicales et optiques éprouvées telles que l'imagerie cytodynamique, la cytométrie en flux et l'analyse multi-omique. Cette technologie, basée sur la gravure PEC, représente une avancée majeure dans le domaine des lasers à microdisque. 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, notamment pour le marquage de populations cellulaires spécifiques et de molécules analytiques.