Un minuscule nanolaser biocompatible pourrait fonctionner à l’intérieur des tissus vivants.

Le nanolaser a le potentiel de traiter les troubles neurologiques ou les biomarqueurs des maladies des sens.

Les chercheurs ont mis au point un minuscule nanolaser qui peut fonctionner à l’intérieur des tissus vivants sans leur nuire.

D’une épaisseur de 50 à 150 nanomètres, le laser a environ 1/1 000e de l’épaisseur d’un seul cheveu humain. À cette taille, le laser peut s’adapter et fonctionner à l’intérieur des tissus vivants, avec la possibilité de détecter des biomarqueurs de la maladie ou peut-être de traiter des troubles neurologiques du cerveau profond, comme l’épilepsie.

Mis au point par des chercheurs des universités Northwestern et Columbia, le nanolaser est particulièrement prometteur pour l’imagerie des tissus vivants. Non seulement il est fait principalement de verre, qui est intrinsèquement biocompatible, mais le laser peut aussi être excité avec des longueurs d’onde de lumière plus longues et émettre à des longueurs d’onde plus courtes.

« De plus grandes longueurs d’onde de lumière sont nécessaires pour la bio-imagerie parce qu’elles peuvent pénétrer plus loin dans les tissus que les photons de longueur d’onde visible « , a déclaré Teri Odom, de Northwestern, qui a codirigé la recherche. « Mais des longueurs d’onde de lumière plus courtes sont souvent souhaitables dans ces mêmes zones profondes. Nous avons conçu un système optiquement propre qui peut délivrer efficacement la lumière laser visible à des profondeurs de pénétration accessibles à de plus grandes longueurs d’onde. »

Le nanolaser peut également fonctionner dans des espaces extrêmement confinés, y compris les circuits quantiques et les microprocesseurs pour l’électronique ultra-rapide et de faible puissance.

L’article a été publié aujourd’hui (23 septembre) dans la revue Nature Materials. M. Odom a codirigé le travail avec P. James Schuck à l’École d’ingénierie de l’Université Columbia.

Alors que de nombreuses applications nécessitent des lasers de plus en plus petits, les chercheurs se heurtent continuellement au même obstacle : Les nano-asers ont tendance à être beaucoup moins efficaces que leurs homologues macroscopiques. Et ces lasers ont généralement besoin de longueurs d’onde plus courtes, comme la lumière ultraviolette, pour les alimenter.

« C’est mauvais parce que les environnements non conventionnels dans lesquels les gens veulent utiliser de petits lasers sont très sensibles aux dommages causés par la lumière UV et l’excès de chaleur généré par un fonctionnement inefficace « , a déclaré M. Schuck, professeur agrégé en génie mécanique.

Odom, Schuck et leurs équipes ont réussi à mettre au point une plateforme nanolaser qui résout ces problèmes en utilisant la conversion ascendante des photons. En conversion ascendante, les photons de basse énergie sont absorbés et convertis en un seul photon de plus grande énergie. Dans ce projet, l’équipe a commencé avec des photons infrarouges à faible consommation d’énergie et respectueux de l’environnement et les a convertis en faisceaux laser visibles. Le laser qui en résulte peut fonctionner à faible puissance et est verticalement beaucoup plus petit que la longueur d’onde de la lumière.

« Notre nanolaser est transparent mais peut générer des photons visibles lorsqu’il est pompé optiquement avec de la lumière que nos yeux ne peuvent pas voir « , a déclaré Odom, professeur de chimie Charles E. et Emma H. Morrison au Weinberg College of Arts and Sciences du Northwestern. « Les caractéristiques d’onde continue et de faible puissance ouvriront de nombreuses nouvelles applications, en particulier en imagerie biologique. »

« Il est intéressant de noter que nos petits lasers fonctionnent à des puissances inférieures de plusieurs ordres de grandeur à celles observées dans les lasers existants « , a déclaré M. Schuck.

L’étude, « Ultralow-threshold, continuouswave upconverting lasing upconverting lasing from subwavelength plasmons », a été soutenue par la National Science Foundation (numéro de prix DMR-1608258), le Vannevar Bush Faculty Fellowship du Département de la Défense des États-Unis (numéro de prix N00014-17-1-3023) et le Département américain de l’Energie (DE-AC02-05CH11231). Angel Fernandez-Bravo et Danqing Wang, de Northwestern, sont les deux premiers auteurs du journal.

Odom est membre de l’Institut international de nanotechnologie de Northwestern, de l’Institut de chimie des processus de la vie et du Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center de la Northwestern University.

Histoire de la source :

Matérieurx fournis par Northwestern University. Original écrit par Amanda Morris. Remarque : Le contenu peut être édité pour le style et la longueur.


Références : Angel Fernandez-Bravo, Danqing Wang, Edward S. Barnard, Ayelet Teitelboim, Cheryl Tajon, Jun Guan, George C. Schatz, Bruce E. Cohen, Emory M. Chan, P. James Schuck, Teri W. Odom. Ultralow-threshold, continuous-wave upconverting lasing from subwavelength plasmons. Nature Materials, 2019; DOI: 10.1038/s41563-019-0482-5

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