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微小的生物相容性激光可在活组织内部起作用

研究人员已经开发出一种微型纳米激光,它可以在活组织内部起作用而不会伤害它们。

激光厚度只有50至150纳米,大约是一根人类头发的厚度的1 / 1,000倍。在这种大小的情况下,激光可以在活组织内正常工作,并具有感知疾病生物标志物或治疗深脑神经疾病(例如癫痫病)的潜力。

纳米激光由西北大学和哥伦比亚大学的研究人员开发,显示出对活组织成像的特殊前景。它不仅主要由具有生物相容性的玻璃制成,而且还可以用较长波长的光激发并以较短波长发射。

美国西北大学的特里·奥多姆(Teri Odom)说:“ 生物成像需要更长波长的光,因为它们比可见光波长的光能穿透的组织更深。” “但是在相同的深处通常需要较短波长的光。我们设计了一种光学清洁系统,该系统可以有效地透射可见光,其穿透深度可以达到较长波长。”

纳米激光还可以在极为狭窄的空间中运行,包括量子电路和用于超快速和低功耗电子设备的微处理器。

该论文今天(9月23日)发表在《自然材料》杂志上。Odom与哥伦比亚大学工程学院的P. James Schuck共同领导了这项工作。

尽管许多应用需要越来越小的激光,但研究人员不断遇到障碍:纳米激光的效率往往比宏观激光低得多。这些激光器通常需要较短的波长(例如紫外线)来为其供电。

机械工程学副教授Schuck说:“这很糟糕,因为人们想要使用小型激光器的非常规环境极易受到紫外线和低效操作产生的多余热量的损害。”

奥多姆(Odom),舒克(Schuck)及其团队能够实现纳米激光平台,该平台通过使用光子上变频解决了这些问题。在上转换中,低能光子被吸收并转换为具有更高能量的一个光子。在这个项目中,研究小组从低能量的“生物友好型”红外光子开始,并将其上转换为可见激光束。最终的激光可以在低功率下工作,并且垂直方向上比光的波长小得多。

美国西北大学温伯格艺术与科学学院的查尔斯·E·和艾玛·H·莫里森化学教授奥多姆说:“我们的纳米激光是透明的,但当用光泵浦我们的眼睛看不到的光时,它会产生可见光子。” “连续波,低功率特性将打开许多新的应用,特别是在生物成像方面。”

舒克说:“令人兴奋的是,我们的微型激光器的工作功率比任何现有激光器都小。

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