Os pesquisadores desenvolveram um minúsculo nanolaser que pode funcionar dentro dos tecidos vivos sem prejudicá-los.

Com apenas 50 a 150 nanômetros de espessura, o laser é cerca de 1/1, 000º a espessura de um único cabelo humano. Neste tamanho, o laser pode caber e funcionar dentro de tecidos vivos, com o potencial de detectar biomarcadores de doenças ou talvez tratar distúrbios neurológicos do cérebro profundo, como epilepsia.

Desenvolvido por pesquisadores das Universidades Northwestern e Columbia, o nanolaser mostra uma promessa específica para a geração de imagens em tecidos vivos. Não só é feito principalmente de vidro, que é intrinsecamente biocompatível, o laser também pode ser excitado com comprimentos de onda de luz mais longos e emitir em comprimentos de onda mais curtos.

"Comprimentos de onda de luz mais longos são necessários para a bioimagem porque eles podem penetrar mais profundamente nos tecidos do que os fótons de comprimento de onda visível, "disse Teri Odom da Northwestern, que co-liderou a pesquisa. "Mas comprimentos de onda de luz mais curtos são frequentemente desejáveis ​​nessas mesmas áreas profundas. Nós projetamos um sistema opticamente limpo que pode efetivamente fornecer luz laser visível em profundidades de penetração acessíveis a comprimentos de onda mais longos."

O nanolaser também pode operar em espaços extremamente confinados, incluindo circuitos quânticos e microprocessadores para eletrônicos ultrarrápidos e de baixa potência.

O artigo foi publicado hoje (23 de setembro) na revista Materiais da Natureza . Odom co-liderou o trabalho com P. James Schuck na Escola de Engenharia da Universidade de Columbia.

Embora muitas aplicações exijam lasers cada vez mais pequenos, os pesquisadores continuamente se deparam com o mesmo obstáculo:Nanolasers tendem a ser muito menos eficientes do que suas contrapartes macroscópicas. E esses lasers normalmente precisam de comprimentos de onda mais curtos, como a luz ultravioleta, para alimentá-los.

"Isso é ruim porque os ambientes não convencionais nos quais as pessoas querem usar pequenos lasers são altamente suscetíveis aos danos da luz ultravioleta e ao excesso de calor gerado pela operação ineficiente, "disse Schuck, professor associado de engenharia mecânica.

Odom, Schuck e suas equipes conseguiram uma plataforma nanolaser que resolve esses problemas usando upconversion de fótons. Em upconversion, fótons de baixa energia são absorvidos e convertidos em um fóton com energia mais alta. Neste projeto, a equipe começou com baixa energia, fótons infravermelhos "bio-amigáveis" e convertidos em feixes de laser visíveis. O laser resultante pode funcionar em baixas potências e é verticalmente muito menor do que o comprimento de onda da luz.

"Nosso nanolaser é transparente, mas pode gerar fótons visíveis quando opticamente bombeado com luz que nossos olhos não podem ver, "disse Odom, o professor Charles E. e Emma H. ​​Morrison de química no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. "A onda contínua, as características de baixo consumo de energia abrirão inúmeras novas aplicações, especialmente em imagens biológicas. "

"Incrivelmente, nossos minúsculos lasers operam em potências que são ordens de magnitude menores do que as observadas em quaisquer lasers existentes, "Schuck disse.