一種新型微型激光器不會(huì)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(huì)造成重大侵害。作為這項(xiàng)工作的一部分，西北大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)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(rèn)為，他們的激光不僅可以用于內(nèi)部醫(yī)療目的，例如針對(duì)性疾病的診斷和治療，例如癌癥，還可以用作芯片實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃的一部分，以進(jìn)行快速，大規(guī)模的分子表征，傳感，和合成。

激光器的設(shè)計(jì)有兩個(gè)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(gè)是它可以被更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光激發(fā)并以更短的波長(zhǎng)發(fā)射。

此外，激光的厚度僅為50至150納米，大約是一根人類(lèi)頭發(fā)的厚度的1 / 1,000。研究人員說(shuō)，這意味著它可以在極為狹窄的空間內(nèi)安裝和運(yùn)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(shuō)，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(biāo)志物的檢測(cè)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(xué)機(jī)械工程副教授P. James Schuck與西北大學(xué)溫伯格文理學(xué)院的化學(xué)教授Teri Odom共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。舒克說(shuō)，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(xì)胞內(nèi)或組織內(nèi)的明亮光源沒(méi)有顯著地干擾系統(tǒng)的潛在能力，”舒克說(shuō)設(shè)計(jì)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(gè)好處是，它可以在不束縛于電線或光纖的情況下運(yùn)行。舒克說(shuō)：“這是因?yàn)橛糜跒榧す馓峁﹦?dòng)力的紅外光可以比可見(jiàn)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(yùn)行并保持穩(wěn)定的類(lèi)似尺寸的激光系統(tǒng)。舒克及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的納米激光可以做到這一點(diǎn)。Schuck說(shuō)，它還比現(xiàn)有的同類(lèi)激光器需要更少的功率，“因此，在泵浦激光器時(shí)，對(duì)樣品造成熱或光學(xué)損傷的機(jī)會(huì)就更少了。”

新材料的獨(dú)特使用

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

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

該團(tuán)隊(duì)還使用了一種相對(duì)新穎的光學(xué)材料來(lái)產(chǎn)生發(fā)射光-專門(mén)設(shè)計(jì)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(jiàn)光。

Schuck解釋說(shuō)：“ UCNP被(輕松地)涂覆在等離子體納米顆粒陣列上，可見(jiàn)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(lèi)技術(shù)設(shè)計(jì)的許多限制。

除了醫(yī)療用途，Schuck還補(bǔ)充說(shuō)，納米激光還可以用于實(shí)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(duì)技術(shù)和文化進(jìn)行了20多年的寫(xiě)作。她在鳳凰城，舊金山和紐約市生活和工作過(guò)，擔(dān)任專業(yè)記者。業(yè)余時(shí)間，她喜歡沖浪，旅行，音樂(lè)，瑜伽和烹飪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一個(gè)村莊。