ทีมวิจัยชาวอเมริกันเสนอวิธีการใหม่ในการปรับแต่งเลเซอร์ไมโครดิสก์

ทีมวิจัยร่วมจาก Harvard Medical School (HMS) และ MIT General Hospital กล่าวว่าพวกเขาสามารถปรับเอาต์พุตของเลเซอร์ไมโครดิสก์โดยใช้วิธีการแกะสลัก PEC ได้สำเร็จ ทำให้แหล่งใหม่ของนาโนโฟโตนิกส์และชีวการแพทย์ “ดูมีแนวโน้มดี”

(เอาต์พุตของเลเซอร์ไมโครดิสก์สามารถปรับได้โดยใช้วิธีการแกะสลัก PEC)

ในทุ่งนานาโนโฟโตนิกส์และชีวการแพทย์, ไมโครดิสก์เลเซอร์และเลเซอร์นาโนดิสก์ก็กลายเป็นสิ่งที่มีอนาคตแหล่งกำเนิดแสงและโพรบ ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การสื่อสารโฟตอนบนชิป การสร้างภาพชีวภาพบนชิป การตรวจจับทางชีวเคมี และการประมวลผลข้อมูลโฟตอนควอนตัม พวกมันจำเป็นต้องได้รับเอาต์พุตเลเซอร์ในการกำหนดความยาวคลื่นและความแม่นยำของแบนด์ที่แคบมาก อย่างไรก็ตาม ยังคงเป็นความท้าทายในการผลิตเลเซอร์ไมโครดิสก์และนาโนดิสก์ที่มีความยาวคลื่นที่แม่นยำนี้ในขนาดใหญ่ กระบวนการผลิตนาโนในปัจจุบันทำให้เกิดความสุ่มของเส้นผ่านศูนย์กลางของดิสก์ ซึ่งทำให้การได้รับความยาวคลื่นที่กำหนดในการประมวลผลและการผลิตมวลเลเซอร์ทำได้ยาก ปัจจุบัน ทีมนักวิจัยจากโรงเรียนแพทย์ฮาร์วาร์ดและศูนย์ Wellman ของโรงพยาบาล Massachusetts General Hospitalยาออปโตอิเล็กทรอนิกส์ได้พัฒนาเทคนิคการกัดด้วยแสงออปโตเคมี (PEC) แบบใหม่ซึ่งช่วยปรับความยาวคลื่นเลเซอร์ของไมโครดิสก์เลเซอร์ได้อย่างแม่นยำด้วยความแม่นยำระดับต่ำกว่านาโนเมตร ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Photonics

การกัดด้วยแสงเคมี
ตามรายงานระบุว่าวิธีการใหม่ของทีมงานทำให้สามารถผลิตเลเซอร์ไมโครดิสก์และอาร์เรย์เลเซอร์นาโนดิสก์ที่มีความยาวคลื่นการปล่อยแสงที่แม่นยำและกำหนดไว้ล่วงหน้าได้ กุญแจสำคัญของความก้าวหน้าครั้งนี้คือการใช้การกัดด้วย PEC ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและปรับขนาดได้ในการปรับความยาวคลื่นของเลเซอร์ไมโครดิสก์ ในผลลัพธ์ข้างต้น ทีมงานประสบความสำเร็จในการผลิตไมโครดิสก์ฟอสเฟตอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่เคลือบด้วยซิลิกาบนโครงสร้างคอลัมน์อินเดียมฟอสไฟด์ จากนั้นจึงปรับความยาวคลื่นเลเซอร์ของไมโครดิสก์เหล่านี้ให้มีค่าที่กำหนดได้อย่างแม่นยำโดยทำการกัดด้วยแสงเคมีในสารละลายกรดซัลฟิวริกเจือจาง
นอกจากนี้ พวกเขายังได้ศึกษาเกี่ยวกับกลไกและพลวัตของการกัดด้วยแสงเคมี (PEC) เฉพาะ ในที่สุด พวกเขาได้ถ่ายโอนอาร์เรย์ไมโครดิสก์ที่ปรับความยาวคลื่นไปยังพื้นผิวโพลีไดเมทิลซิโลเซนเพื่อผลิตอนุภาคเลเซอร์แยกอิสระที่มีความยาวคลื่นเลเซอร์ต่างกัน ไมโครดิสก์ที่ได้จะแสดงแบนด์วิดท์ของการปล่อยเลเซอร์แบบอัลตราไวด์แบนด์ด้วยเลเซอร์บนคอลัมน์มีขนาดน้อยกว่า 0.6 นาโนเมตร และอนุภาคแยกมีขนาดน้อยกว่า 1.5 นาโนเมตร

เปิดประตูสู่การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์
ผลลัพธ์นี้เปิดประตูสู่การประยุกต์ใช้นาโนโฟโตนิกส์และชีวการแพทย์ใหม่ๆ มากมาย ตัวอย่างเช่น เลเซอร์ไมโครดิสก์แบบสแตนด์อโลนสามารถใช้เป็นบาร์โค้ดฟิสิโกออปติกสำหรับตัวอย่างทางชีววิทยาที่หลากหลาย ทำให้สามารถติดฉลากเซลล์ประเภทต่างๆ และกำหนดเป้าหมายโมเลกุลเฉพาะในการวิเคราะห์แบบมัลติเพล็กซ์ได้ ปัจจุบัน การติดฉลากเซลล์ประเภทต่างๆ จะทำโดยใช้ไบโอมาร์กเกอร์ทั่วไป เช่น ฟลูออโรโฟร์อินทรีย์ จุดควอนตัม และลูกปัดเรืองแสง ซึ่งมีเส้นความกว้างของการแผ่รังสีที่กว้าง ดังนั้น จึงสามารถติดฉลากเซลล์ประเภทต่างๆ ได้เพียงไม่กี่ประเภทในเวลาเดียวกัน ในทางตรงกันข้าม การแผ่รังสีแสงแบบแบนด์แคบพิเศษของเลเซอร์ไมโครดิสก์จะสามารถระบุเซลล์ประเภทต่างๆ ได้มากกว่าหนึ่งประเภทในเวลาเดียวกัน
ทีมวิจัยได้ทดสอบและสาธิตอนุภาคเลเซอร์ไมโครดิสก์ที่ปรับจูนอย่างแม่นยำเป็นไบโอมาร์กเกอร์สำเร็จแล้ว โดยใช้อนุภาคเหล่านี้เพื่อติดฉลากเซลล์เยื่อบุผิวเต้านมปกติ MCF10A ที่เพาะเลี้ยงไว้ ด้วยการปล่อยคลื่นความถี่กว้างพิเศษ เลเซอร์เหล่านี้อาจปฏิวัติการตรวจจับทางชีวภาพได้ โดยใช้เทคนิคทางชีวการแพทย์และออปติกที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว เช่น การถ่ายภาพไดนามิกของไซโตไดนามิก ไซโตเมทรีแบบไหล และการวิเคราะห์มัลติโอมิกส์ เทคโนโลยีที่ใช้การกัดด้วย PEC ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับเลเซอร์ไมโครดิสก์ ความสามารถในการปรับขนาดของวิธีการนี้ รวมถึงความแม่นยำระดับนาโนเมตร เปิดโอกาสให้มีการประยุกต์ใช้เลเซอร์ในนาโนโฟโตนิกส์และอุปกรณ์ทางการแพทย์มากมายนับไม่ถ้วน รวมถึงบาร์โค้ดสำหรับประชากรเซลล์เฉพาะและโมเลกุลวิเคราะห์