アメリカの研究チームがマイクロディスクレーザーのチューニングに関する新しい方法を提案

ハーバード大学医学部（HMS）とMIT総合病院の共同研究チームは、PECエッチング法を用いてマイクロディスクレーザーの出力調整に成功したと発表し、ナノフォトニクスや生物医学分野における新たな光源として「有望」であるとしている。

（マイクロディスクレーザーの出力は、PECエッチング法によって調整可能です。）

の分野でナノフォトニクス生物医学、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な技術となっている光源オンチップフォトニック通信、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、波長と超狭帯域精度のレーザー出力を実現する必要があります。しかし、この精密な波長のマイクロディスクおよび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。現在のナノ加工プロセスではディスク直径にランダム性が生じるため、レーザーの大量処理と生産において設定された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た。この研究成果は学術誌「Advanced Photonics」に掲載された。

光化学エッチング
報道によると、研究チームの新しい手法により、あらかじめ設定された正確な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。この画期的な技術の鍵は、マイクロディスクレーザーの波長を効率的かつスケーラブルに微調整できる光電気化学エッチングの使用にある。上記の結果において、研究チームは、リン化インジウム柱状構造上にシリカで覆われたリン化インジウムガリウムヒ素マイクロディスクの作製に成功した。そして、希硫酸溶液中で光化学エッチングを行うことにより、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。
彼らはまた、特定の光化学（PEC）エッチングのメカニズムとダイナミクスを調査した。最後に、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、レーザカラム上では0.6 nm未満、単離された粒子は1.5 nm未満である。

生物医学応用への扉を開く
この成果は、多くの新しいナノフォトニクスおよび生物医学的応用への道を開くものです。たとえば、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バーコードとして機能し、特定の細胞タイプの標識と多重分析における特定の分子の標的化を可能にします。細胞タイプ特異的標識は現在、発光線幅が広い有機蛍光体、量子ドット、蛍光ビーズなどの従来のバイオマーカーを使用して行われています。そのため、同時に標識できる特定の細胞タイプはごく少数に限られます。これに対し、マイクロディスクレーザーの超狭帯域光発光は、より多くの細胞タイプを同時に識別することができます。
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、培養した正常乳腺上皮細胞MCF10Aの標識に用いることに成功した。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および光学技術を用いて、バイオセンシングに革命をもたらす可能性を秘めている。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を示すものである。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機器におけるレーザーの無数の応用、さらには特定の細胞集団や分析分子のバーコードなど、新たな可能性を切り開く。