研究人員開發出一種創新的光電化學(PEC)蝕刻技術

近日，美國哈佛醫學院(HMS)和麻省理工學院總醫院的一個聯合研究小組表示，他們利用PEC刻蝕法實現了微盤激光器輸出的調諧，這使得納米光子學和生物醫學的新來源“很有希望”。

在納米光子學和生物醫學等領域，微碟激光器和納米碟片激光器已成為一種很有前途的光源和探針。在片上光子通信、片上生物成像、生化傳感和量子光子信息處理等幾個應用中，它們需要在確定波長和超窄帶精度上實現激光輸出。然而，大規模制造這種精確波長的微碟和納米碟片激光器仍然是具有挑戰性的。當前的納米加工工藝引入了碟片直徑的隨機性，使得在激光大批量加工與生產中難以獲得設定的波長。

而現在，來自哈佛醫學院和馬薩諸塞州總醫院威爾曼光電醫學中心的一組研究人員已經開發出一種創新的光電化學(PEC)蝕刻技術，該技術有助于以亞納米精度精確調整微碟激光器的激光波長。

光電化學蝕刻

據介紹，該小組的新方法能夠制造具有精確、預定發射波長的微碟激光器和納米碟片激光器陣列。這一突破的關鍵在于PEC蝕刻的使用，它提供了一種有效和可擴展的方式來微調微碟片激光器的波長。

在上述成果中，該團隊成功地在磷化銦柱結構上獲得了二氧化硅覆蓋的砷化銦鎵磷化微磁盤。然后，他們通過在稀釋的硫酸溶液中進行光電化學蝕刻，將這些微磁盤的激光波長精確地調諧到確定的值。

他們還研究了特定光電化學(PEC)蝕刻的機制和動力學。最后，他們將波長調諧的微磁盤陣列轉移到聚二甲基硅氧烷襯底上，產生具有不同激光波長的獨立、隔離的激光粒子。所得到的微碟片顯示出激光發射的超寬帶帶寬，柱上激光器小于0.6 nm，孤立粒子小于1.5 nm。

打開生物醫學等應用大門

這一結果為許多新的納米光子和生物醫學應用打開了大門。例如，獨立的微碟片激光器可以作為異構生物樣品的物理光學條形碼，使特定細胞類型的標記和多路分析中特定分子的靶向成為可能。

細胞類型特異性標記目前使用傳統的生物標志物進行，如有機熒光團、量子點和熒光珠，它們具有寬的發射線寬。

因此，只有少數特定的細胞類型可以同時被標記。相比之下，微碟片激光器的超窄帶光發射將能夠同時識別更多的細胞類型。

該團隊測試并成功地展示了精確調諧的微盤激光粒子作為生物標志物，使用它們標記培養的正常乳腺上皮細胞MCF10A。憑借其超寬帶發射，這些激光器可以潛在地徹底改變生物傳感，使用成熟的生物醫學和光學技術，如細胞動力學成像，流式細胞術和多組學分析。

基于PEC蝕刻的技術標志著微磁盤激光器的重大進步。該方法的可擴展性，以及其亞納米精度，為激光在納米光子和生物醫學設備以及特定細胞群和分析分子的條形碼中的無數應用開辟了新的可能性。

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審核編輯：彭菁