I ricercatori hanno sviluppato un minuscolo nanolaser che può funzionare all'interno dei tessuti viventi senza danneggiarli.

Solo da 50 a 150 nanometri di spessore, il laser è circa 1/1, 000esimo lo spessore di un singolo capello umano. A questa dimensione, il laser può adattarsi e funzionare all'interno dei tessuti viventi, con il potenziale per rilevare i biomarcatori della malattia o forse trattare i disturbi neurologici del cervello profondo, come l'epilessia.

Sviluppato da ricercatori della Northwestern e della Columbia University, il nanolaser mostra una promessa specifica per l'imaging nei tessuti viventi. Non solo è fatto principalmente di vetro, che è intrinsecamente biocompatibile, il laser può anche essere eccitato con lunghezze d'onda della luce più lunghe ed emettere a lunghezze d'onda più corte.

"Le lunghezze d'onda della luce più lunghe sono necessarie per il bioimaging perché possono penetrare più lontano nei tessuti rispetto ai fotoni a lunghezza d'onda visibile, " ha detto Teri Odom di Northwestern, che ha co-diretto la ricerca. "Ma lunghezze d'onda della luce più corte sono spesso desiderabili in quelle stesse aree profonde. Abbiamo progettato un sistema otticamente pulito in grado di fornire efficacemente luce laser visibile a profondità di penetrazione accessibili a lunghezze d'onda più lunghe".

Il nanolaser può operare anche in spazi estremamente ristretti, compresi circuiti quantistici e microprocessori per l'elettronica ultraveloce e a bassa potenza.

Il documento è stato pubblicato oggi (23 settembre) sulla rivista Materiali della natura . Odom ha co-diretto il lavoro con P. James Schuck presso la School of Engineering della Columbia University.

Mentre molte applicazioni richiedono laser sempre più piccoli, i ricercatori si imbattono continuamente nello stesso ostacolo:i nanolaser tendono ad essere molto meno efficienti delle loro controparti macroscopiche. E questi laser in genere richiedono lunghezze d'onda più corte, come la luce ultravioletta, per alimentarli.

"Questo è un male perché gli ambienti non convenzionali in cui le persone vogliono utilizzare piccoli laser sono altamente suscettibili ai danni della luce UV e al calore in eccesso generato da un funzionamento inefficiente, " ha detto Schuck, professore associato di ingegneria meccanica.

Odom, Schuck e i loro team sono stati in grado di realizzare una piattaforma nanolaser che risolve questi problemi utilizzando l'upconversion di fotoni. Nella conversione, i fotoni a bassa energia vengono assorbiti e convertiti in un fotone con energia maggiore. In questo progetto, la squadra ha iniziato con il basso consumo energetico, fotoni infrarossi "bio-friendly" e convertiti in raggi laser visibili. Il laser risultante può funzionare a basse potenze ed è verticalmente molto più piccolo della lunghezza d'onda della luce.

"Il nostro nanolaser è trasparente ma può generare fotoni visibili quando pompato otticamente con luce che i nostri occhi non possono vedere, " disse Odom, il professore di chimica Charles E. ed Emma H. ​​Morrison al Weinberg College of Arts and Sciences della Northwestern. "L'onda continua, caratteristiche di bassa potenza apriranno numerose nuove applicazioni, soprattutto nell'imaging biologico".

"Eccitante, i nostri minuscoli laser operano a potenze che sono ordini di grandezza inferiori a quelle osservate in qualsiasi laser esistente, " ha detto Schuck.