Forskare har utvecklat en liten nanolaser som kan fungera inuti levande vävnader utan att skada dem.

Bara 50 till 150 nanometer tjock, lasern är ungefär 1/1, 000:e tjockleken på ett enda människohår. I denna storlek, lasern kan passa och fungera inuti levande vävnader, med potential att känna av sjukdomsbiomarkörer eller kanske behandla djuphjärniga neurologiska störningar, såsom epilepsi.

Utvecklad av forskare vid Northwestern och Columbia University, nanolaser visar specifikt löfte för avbildning i levande vävnader. Den är inte bara gjord av glas, som är i sig biokompatibel, lasern kan också exciteras med längre våglängder av ljus och avge vid kortare våglängder.

"Längre ljusvåglängder behövs för bioavbildning eftersom de kan tränga längre in i vävnader än synliga våglängdsfoton, "sa Northwestern Teri Odom, som ledde forskningen. "Men kortare våglängder av ljus är ofta önskvärda vid samma djupa områden. Vi har konstruerat ett optiskt rent system som effektivt kan leverera synligt laserljus på penetrationsdjup som är tillgängligt för längre våglängder."

Nanolaser kan också fungera i extremt trånga utrymmen, inklusive kvantkretsar och mikroprocessorer för ultrasnabb och lågeffektselektronik.

Tidningen publicerades idag (23 september) i tidningen Naturmaterial . Odom ledde arbetet tillsammans med P. James Schuck vid Columbia University's School of Engineering.

Även om många applikationer kräver alltmer små lasrar, forskare stöter hela tiden på samma vägspärr:Nanolasers tenderar att vara mycket mindre effektiva än sina makroskopiska motsvarigheter. Och dessa lasrar behöver vanligtvis kortare våglängder, som ultraviolett ljus, att driva dem.

"Detta är dåligt eftersom de okonventionella miljöer där människor vill använda små lasrar är mycket mottagliga för skador från UV -ljus och överskottsvärme som genereras av ineffektiv drift, "sa Schuck, docent i maskinteknik.

Odom, Schuck och deras team kunde uppnå en nanolaserplattform som löser dessa problem med hjälp av fotonkonvertering. I omvändhet, lågenergifotoner absorberas och omvandlas till en foton med högre energi. I detta projekt, laget började med låg energi, "biovänliga" infraröda fotoner och omvandlade dem till synliga laserstrålar. Den resulterande lasern kan fungera under låg effekt och är vertikalt mycket mindre än ljusets våglängd.

"Vår nanolaser är transparent men kan generera synliga fotoner när de optiskt pumpas med ljus som våra ögon inte kan se, "sa Odom, Charles E. och Emma H. ​​Morrison professor i kemi vid Northwestern Weinberg College of Arts and Sciences. "Den kontinuerliga vågen, lågeffektsegenskaper kommer att öppna många nya applikationer, särskilt inom biologisk avbildning. "

"Spännande, våra små lasrar arbetar med krafter som är storleksordningar mindre än som observerats i befintliga lasrar, "Sa Schuck.