ハーバード大学医学大学院（HMS）とMIT総合病院の共同研究チームは、PECエッチング法を使用してマイクロディスクレーザーの出力の調整に成功したと発表し、ナノフォトニクスとバイオメディシンのための新たな光源として「有望」であると述べた。
（マイクロディスクレーザーの出力はPECエッチング方式で調整可能）
の分野ではナノフォトニクスバイオメディカル、マイクロディスクレーザーナノディスクレーザーは有望視されている光源そしてプローブ。オンチップ光子通信、オンチップバイオイメージング、生化学センシング、量子光子情報処理などのいくつかのアプリケーションでは、波長と超狭帯域の精度を決定するレーザー出力を実現する必要があります。しかし、この正確な波長のマイクロディスクレーザーやナノディスクレーザーを大規模に製造することは依然として困難です。現在のナノファブリケーションプロセスではディスク直径がランダムになるため、レーザーの大量処理や生産において設定波長を得ることが困難です。現在、ハーバード大学医学部とマサチューセッツ総合病院ウェルマンセンターの研究者チームは、光電子医学マイクロディスクレーザーのレーザー波長をサブナノメートルの精度で精密に調整できる革新的な光化学（PEC）エッチング技術を開発しました。この研究成果は、Advanced Photonics誌に掲載されています。
光化学エッチング
報道によると、研究チームの新手法により、精密かつ所定の発光波長を持つマイクロディスクレーザーおよびナノディスクレーザーアレイの製造が可能になったという。この画期的な成果の鍵となるのは、マイクロディスクレーザーの波長を微調整するための効率的かつスケーラブルな方法を提供するPECエッチングの活用である。上記の結果において、研究チームは、インジウムリン柱構造上にシリカで覆われたインジウムガリウムヒ素リン酸塩処理マイクロディスクを得ることに成功した。その後、希釈硫酸溶液中で光化学エッチングを行うことで、これらのマイクロディスクのレーザー波長を所定の値に正確に調整した。
研究チームはまた、特異的光化学エッチング（PECエッチング）のメカニズムとダイナミクスについても調査しました。最終的に、波長調整されたマイクロディスクアレイをポリジメチルシロキサン基板上に転写し、異なるレーザー波長を持つ独立した孤立したレーザー粒子を生成しました。得られたマイクロディスクは、超広帯域のレーザー発光を示し、レーザ列上では0.6 nm未満、孤立した粒子では1.5 nm未満です。
バイオメディカル応用への扉を開く
この成果は、多くの新たなナノフォトニクスおよび生物医学的応用への扉を開きます。例えば、スタンドアロンのマイクロディスクレーザーは、異種生物サンプルの物理光学的バーコードとして機能し、特定の細胞種の標識付けや、マルチプレックス分析における特定の分子の標的化を可能にします。現在、細胞種特異的な標識付けは、有機蛍光体、量子ドット、蛍光ビーズといった、発光線幅の広い従来のバイオマーカーを用いて行われています。そのため、同時に標識できるのはごく少数の特定の細胞種に限られています。これに対し、マイクロディスクレーザーの超狭帯域発光は、より多くの細胞種を同時に識別することを可能にします。
研究チームは、精密に調整されたマイクロディスクレーザー粒子をバイオマーカーとして試験し、培養された正常乳腺上皮細胞MCF10Aに標識することに成功しました。超広帯域発光を持つこれらのレーザーは、細胞動態イメージング、フローサイトメトリー、マルチオミクス解析といった実績のある生物医学・光学技術を用いたバイオセンシングに革命をもたらす可能性があります。PECエッチングに基づくこの技術は、マイクロディスクレーザーにおける大きな進歩です。この手法の拡張性とサブナノメートル精度は、ナノフォトニクスや生物医学デバイスにおけるレーザーの無数の応用、そして特定の細胞集団や分析分子のバーコードへの応用に新たな可能性をもたらします。
投稿日時: 2024年1月29日