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生きた組織内で機能する微小な生体適合ナノレーザ

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October, 15, 2019, Evanston--ノースウエスタン大学(Northwestern University)の研究者は、生きた組織内で組織に損傷を与えることなく使えるナノレーザを開発した。
 わずか50~150nmのレーザは、このサイズで生きた組織内に収まり機能することが可能であり、疾患バイオマーカーの感知、恐らくテンカンのような脳深部の神経疾患の処置ができる。
 ノースウエスタン大学とコロンビア大学のの研究チームが開発したナノレーザは、生きた組織のイメージングで特に有望である。それは主に本質的に生体適応ガラスでできているだけでなく、長波長の光で励起し、より短波長で放射可能である。
 「バイオイメージングでは、より長波長の光が必要とされている。長波長の光は可視光フォトンよりも深く組織に浸透できるからである。とはいえ、より短い光波長は、その同じ深い領域で望ましいことがある。われわれは、長波長にアクセスできる侵入度で可視光を効果的に放出する光学的にクリーンなシステムを設計した」とノースウエスタン大学の研究リーダー、Teri Odomは説明している。
 そのナノレーザは、非常に狭い空間でも動作可能である、それには量子回路や超高速、低パワーエレクトロニクスのマイクロプロセッサなどが含まれる。
 研究成果は、Nature Materialsに発表された。
 多くのアプリケーションがますます小さなレーザを必要とするようになっているが、研究者は頻繁に同じ障害に直面する。ナノレーザは、マクロレーザよりもはるかに効率が低い。また、このようなレーザは一般に、UVなど短波長動作である。
 「小さなレーザを使おうとする新しい環境は、UV光、非効率によって生成される過熱からの損傷の影響を非常に受けやすいので、これはよくない」とコロンビア大学工学部、機械工学准教授P. James Schuckはコメントしている。
 研究チームは、フォトンアップコンバージョンを利用することでこのような問題を解決するナノレーザを実現することができた。アップコンバージョンで、低エネルギーフォトンは吸収され、高エネルギーの1個のフォトに変換される。このプロジェクトでは、チームは、低エネルギー、「バイオフレンドリー」赤外フォトンで始め、それらを可視光レーザビームにアップコンバートした。結果として得られたレーザは、ローパワー動作が可能であり、垂直的に、光波長よりもはるかに小さい。
 「われわれのナノレーザは透明であるが、不可視の光で光励起されると、可視フォトンを生成できる。連続波であり、ローパワー特性は、多くの新しいアプリケーション、特にバイオイメージングにアプリケーションを開く」とノースウエスタン大学の研究チームはコメントしている。
 Schuckによると、その微小なナノレーザは、既存のどんなレーザと比較しても桁違いに低パワーで動作する。

(詳細は、https://news.northwestern.edu)