一種新型微型激光器不會損壞健康組織

研究人員正在關(guān)注下一代的，生物兼容的醫(yī)療設(shè)備，以在人體內(nèi)部執(zhí)行復(fù)雜的程序而不會造成重大侵害。作為這項工作的一部分，西北大學和哥倫比亞大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種納米激光，這種納米激光具有生物相容性并且可以在活組織內(nèi)部起作用而不損害它們。研究人員在《自然材料》雜志上發(fā)表了一篇有關(guān)他們工作的論文。

研究人員認為，他們的激光不僅可以用于內(nèi)部醫(yī)療目的，例如針對性疾病的診斷和治療，例如癌癥，還可以用作芯片實驗室計劃的一部分，以進行快速，大規(guī)模的分子表征，傳感，和合成。

激光器的設(shè)計有兩個關(guān)鍵方面：一是激光器主要由玻璃組成，而玻璃是一種固有的生物相容性材料。另一個是它可以被更長波長的光激發(fā)并以更短的波長發(fā)射。

此外，激光的厚度僅為50至150納米，大約是一根人類頭發(fā)的厚度的1 / 1,000。研究人員說，這意味著它可以在極為狹窄的空間內(nèi)安裝和運行，這些空間包括量子電路，微處理器，甚至是活組織。

研究人員說，它可能在人體內(nèi)部執(zhí)行的某些任務(wù)尤其包括疾病生物標志物的檢測或深腦神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如癲癇病)的治療。

新穎的尺寸和性能

哥倫比亞大學機械工程副教授P. James Schuck與西北大學溫伯格文理學院的化學教授Teri Odom共同領(lǐng)導了這項研究。舒克說，激光為下一代醫(yī)療應(yīng)用提供了許多好處。

該納米激光器具有“提供非常有限的空間，如細胞內(nèi)或組織內(nèi)的明亮光源沒有顯著地干擾系統(tǒng)的潛在能力，”舒克說設(shè)計新聞。

在人體內(nèi)部，特別是在人體組織內(nèi)部使用的激光的另一個好處是，它可以在不束縛于電線或光纖的情況下運行。舒克說：“這是因為用于為激光提供動力的紅外光可以比可見光更深入地穿透組織。”

從歷史上講，很難創(chuàng)建可在室溫和生物溫度下運行并保持穩(wěn)定的類似尺寸的激光系統(tǒng)。舒克及其團隊開發(fā)的納米激光可以做到這一點。Schuck說，它還比現(xiàn)有的同類激光器需要更少的功率，“因此，在泵浦激光器時，對樣品造成熱或光學損傷的機會就更少了。”

新材料的獨特使用

Schuck說，激光器設(shè)計的關(guān)鍵是其所包含的金屬納米顆粒陣列的獨特性能，從而使其具有非常小的尺寸和厚度。

他說：“厚度確實是納米級的，并且遠低于其產(chǎn)生的光的波長。” “如果常規(guī)激光器的尺寸大約小于發(fā)射光波長的一半，則它們將無法工作。”

該團隊還使用了一種相對新穎的光學材料來產(chǎn)生發(fā)射光-專門設(shè)計的上轉(zhuǎn)換納米粒子或UCNP，它們能夠吸收低能紅外光并將紅外光子有效地轉(zhuǎn)換成高能可見光。

Schuck解釋說：“ UCNP被(輕松地)涂覆在等離子體納米顆粒陣列上，可見光與陣列相互作用以產(chǎn)生激光束。”

結(jié)果是，納米激光技術(shù)克服了迄今為止阻礙此類技術(shù)設(shè)計的許多限制。

除了醫(yī)療用途，Schuck還補充說，納米激光還可以用于實現(xiàn)更快，帶寬更大，功耗更低的片上光子電路。

伊麗莎白·蒙塔爾巴諾(Elizabeth Montalbano)是一位自由撰稿人，他對技術(shù)和文化進行了20多年的寫作。她在鳳凰城，舊金山和紐約市生活和工作過，擔任專業(yè)記者。業(yè)余時間，她喜歡沖浪，旅行，音樂，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個村莊。