一种新型微型激光器不会损坏健康组织

研究人员正在关注下一代的，生物兼容的医疗设备，以在人体内部执行复杂的程序而不会造成重大侵害。作为这项工作的一部分，西北大学和哥伦比亚大学的研究人员已经开发出一种纳米激光，这种纳米激光具有生物相容性并且可以在活组织内部起作用而不损害它们。研究人员在《自然材料》杂志上发表了一篇有关他们工作的论文。

研究人员认为，他们的激光不仅可以用于内部医疗目的，例如针对性疾病的诊断和治疗，例如癌症，还可以用作芯片实验室计划的一部分，以进行快速，大规模的分子表征，传感，和合成。

激光器的设计有两个关键方面：一是激光器主要由玻璃组成，而玻璃是一种固有的生物相容性材料。另一个是它可以被更长波长的光激发并以更短的波长发射。

此外，激光的厚度仅为50至150纳米，大约是一根人类头发的厚度的1 / 1,000。研究人员说，这意味着它可以在极为狭窄的空间内安装和运行，这些空间包括量子电路，微处理器，甚至是活组织。

研究人员说，它可能在人体内部执行的某些任务尤其包括疾病生物标志物的检测或深脑神经系统疾病(如癫痫病)的治疗。

新颖的尺寸和性能

哥伦比亚大学机械工程副教授P. James Schuck与西北大学温伯格文理学院的化学教授Teri Odom共同领导了这项研究。舒克说，激光为下一代医疗应用提供了许多好处。

该纳米激光器具有“提供非常有限的空间，如细胞内或组织内的明亮光源没有显著地干扰系统的潜在能力，”舒克说设计新闻。

在人体内部，特别是在人体组织内部使用的激光的另一个好处是，它可以在不束缚于电线或光纤的情况下运行。舒克说：“这是因为用于为激光提供动力的红外光可以比可见光更深入地穿透组织。”

从历史上讲，很难创建可在室温和生物温度下运行并保持稳定的类似尺寸的激光系统。舒克及其团队开发的纳米激光可以做到这一点。Schuck说，它还比现有的同类激光器需要更少的功率，“因此，在泵浦激光器时，对样品造成热或光学损伤的机会就更少了。”

新材料的独特使用

Schuck说，激光器设计的关键是其所包含的金属纳米颗粒阵列的独特性能，从而使其具有非常小的尺寸和厚度。

他说：“厚度确实是纳米级的，并且远低于其产生的光的波长。” “如果常规激光器的尺寸大约小于发射光波长的一半，则它们将无法工作。”

该团队还使用了一种相对新颖的光学材料来产生发射光-专门设计的上转换纳米粒子或UCNP，它们能够吸收低能红外光并将红外光子有效地转换成高能可见光。

Schuck解释说：“ UCNP被(轻松地)涂覆在等离子体纳米颗粒阵列上，可见光与阵列相互作用以产生激光束。”

结果是，纳米激光技术克服了迄今为止阻碍此类技术设计的许多限制。

除了医疗用途，Schuck还补充说，纳米激光还可以用于实现更快，带宽更大，功耗更低的片上光子电路。

伊丽莎白·蒙塔尔巴诺(Elizabeth Montalbano)是一位自由撰稿人，他对技术和文化进行了20多年的写作。她在凤凰城，旧金山和纽约市生活和工作过，担任专业记者。业余时间，她喜欢冲浪，旅行，音乐，瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。