ทีมอเมริกันเสนอวิธีการใหม่ในการปรับแต่งเลเซอร์ไมโครดิสก์

ทีมวิจัยร่วมจาก Harvard Medical School (HMS) และ MIT General Hospital กล่าวว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการปรับเอาต์พุตของเลเซอร์ไมโครดิสก์โดยใช้วิธีการกัด PEC ซึ่งทำให้แหล่งใหม่ของนาโนโฟโตนิกส์และชีวการแพทย์กลายเป็น "แหล่งที่น่าสนใจ"

(เอาต์พุตของเลเซอร์ไมโครดิสก์สามารถปรับได้โดยวิธีการกัด PEC)

ในทุ่งนาของนาโนโฟโตนิกส์และชีวการแพทย์ ไมโครดิสก์เลเซอร์และเลเซอร์นาโนดิสก์ก็กลายเป็นสิ่งที่มีแนวโน้มดีแหล่งกำเนิดแสงและหัววัด ในการใช้งานหลายอย่าง เช่น การสื่อสารโฟตอนแบบออนชิป การสร้างภาพชีวภาพแบบออนชิป การตรวจจับทางชีวเคมี และการประมวลผลข้อมูลโฟตอนควอนตัม จำเป็นต้องใช้เอาต์พุตเลเซอร์เพื่อวัดความยาวคลื่นและความแม่นยำของแบนด์ที่แคบมาก อย่างไรก็ตาม การผลิตเลเซอร์ไมโครดิสก์และนาโนดิสก์ที่มีความยาวคลื่นที่แม่นยำเช่นนี้ในปริมาณมากยังคงเป็นความท้าทาย กระบวนการผลิตนาโนในปัจจุบันทำให้เกิดความสุ่มของเส้นผ่านศูนย์กลางของดิสก์ ซึ่งทำให้การได้ความยาวคลื่นที่กำหนดในการประมวลผลและการผลิตมวลด้วยเลเซอร์เป็นเรื่องยาก ปัจจุบัน ทีมนักวิจัยจากคณะแพทยศาสตร์ฮาร์วาร์ดและศูนย์เวลแมนของโรงพยาบาลแมสซาชูเซตส์เจเนอรัลการแพทย์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ได้พัฒนาเทคนิคการกัดด้วยแสงออปโตเคมี (PEC) ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งช่วยปรับความยาวคลื่นเลเซอร์ของเลเซอร์ไมโครดิสก์ได้อย่างแม่นยำด้วยความแม่นยำระดับต่ำกว่านาโนเมตร ผลงานนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Photonics

การกัดด้วยแสงเคมี
รายงานระบุว่า วิธีการใหม่ของทีมนี้ช่วยให้สามารถผลิตเลเซอร์ไมโครดิสก์และอาร์เรย์เลเซอร์นาโนดิสก์ที่มีความยาวคลื่นการปล่อยแสงที่แม่นยำและกำหนดไว้ล่วงหน้าได้ กุญแจสำคัญของความก้าวหน้านี้คือการใช้การกัดด้วย PEC ซึ่งเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพและปรับขนาดได้ในการปรับความยาวคลื่นของเลเซอร์ไมโครดิสก์อย่างละเอียด จากผลการทดลองข้างต้น ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการผลิตไมโครดิสก์ฟอสเฟตอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่เคลือบด้วยซิลิกาบนโครงสร้างคอลัมน์อินเดียมฟอสไฟด์ จากนั้นจึงปรับความยาวคลื่นเลเซอร์ของไมโครดิสก์เหล่านี้ให้แม่นยำตามค่าที่กำหนดโดยการกัดด้วยแสงเคมีในสารละลายกรดซัลฟิวริกเจือจาง
พวกเขายังได้ศึกษากลไกและพลวัตของการกัดด้วยแสงเคมี (PEC) เฉพาะเจาะจง ในที่สุด พวกเขาได้ถ่ายโอนอาร์เรย์ไมโครดิสก์ที่ปรับความยาวคลื่นแล้วไปยังซับสเตรตโพลีไดเมทิลไซลอกเซนเพื่อผลิตอนุภาคเลเซอร์ที่แยกอิสระและมีความยาวคลื่นเลเซอร์ต่างกัน ไมโครดิสก์ที่ได้แสดงแบนด์วิดท์ของการปล่อยเลเซอร์แบบอัลตราไวด์แบนด์ ด้วยเลเซอร์บนคอลัมน์น้อยกว่า 0.6 นาโนเมตรและอนุภาคแยกน้อยกว่า 1.5 นาโนเมตร

เปิดประตูสู่การประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์
ผลลัพธ์นี้เปิดประตูสู่การประยุกต์ใช้นาโนโฟโตนิกส์และชีวการแพทย์ใหม่ๆ มากมาย ยกตัวอย่างเช่น เลเซอร์ไมโครดิสก์แบบสแตนด์อโลนสามารถใช้เป็นบาร์โค้ดฟิสิโคออปติกสำหรับตัวอย่างทางชีวภาพที่มีความหลากหลาย ช่วยให้สามารถติดฉลากเซลล์ชนิดเฉพาะเจาะจงและกำหนดเป้าหมายโมเลกุลเฉพาะในการวิเคราะห์แบบมัลติเพล็กซ์ ปัจจุบันการติดฉลากเฉพาะชนิดเซลล์ดำเนินการโดยใช้ไบโอมาร์กเกอร์ทั่วไป เช่น ฟลูออโรฟอร์อินทรีย์ จุดควอนตัม และลูกปัดเรืองแสง ซึ่งมีเส้นความกว้างของการแผ่รังสีที่กว้าง ดังนั้น จึงสามารถติดฉลากเซลล์ชนิดเฉพาะเจาะจงได้เพียงไม่กี่ชนิดในเวลาเดียวกัน ในทางตรงกันข้าม การแผ่รังสีแสงแบบแถบแคบพิเศษของเลเซอร์ไมโครดิสก์จะสามารถระบุเซลล์ชนิดต่างๆ ได้พร้อมกันมากขึ้น
ทีมวิจัยได้ทดสอบและสาธิตอนุภาคเลเซอร์ไมโครดิสก์ที่ปรับแต่งอย่างแม่นยำเป็นไบโอมาร์กเกอร์สำเร็จ โดยนำไปใช้ติดฉลากเซลล์เยื่อบุผิวเต้านมปกติ MCF10A ที่เพาะเลี้ยง การปล่อยคลื่นความถี่อัลตราไวด์แบนด์ของเลเซอร์เหล่านี้อาจปฏิวัติวงการไบโอเซนซิ่ง โดยใช้เทคนิคทางชีวการแพทย์และออปติคัลที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว เช่น การถ่ายภาพไซโตไดนามิก โฟลว์ไซโตเมทรี และการวิเคราะห์มัลติโอมิกส์ เทคโนโลยีที่ใช้การกัดด้วย PEC ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเลเซอร์ไมโครดิสก์ ความสามารถในการปรับขนาดของวิธีการนี้ รวมถึงความแม่นยำระดับต่ำกว่านาโนเมตร เปิดโอกาสให้เกิดการประยุกต์ใช้เลเซอร์อย่างมากมายนับไม่ถ้วนในนาโนโฟโตนิกส์และอุปกรณ์ชีวการแพทย์ รวมถึงบาร์โค้ดสำหรับประชากรเซลล์และโมเลกุลวิเคราะห์เฉพาะ