p O DNA é o material hereditário no núcleo de todas as células em humanos e outros organismos vivos. Além de sua importância na biologia, O DNA também desempenhou um papel específico no controle de muitos dispositivos físicos. Recentemente, uma equipe de pesquisa internacional da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura, demonstrou o conceito de um microlaser comutável, aproveitando as vantagens do processo de hibridização de DNA de biomolécula orgânica. p A data, avanços em microlasers selecionáveis ​​surgiram como um bloco de construção com imenso potencial no controle de interações luz-matéria e fotônica integrada. Geralmente, a comutação óptica é alcançada por fabricação de dispositivos complexos ou algumas abordagens físicas, tal como modificar a estrutura ou índice de refração das cavidades de laser. Ao contrário da interface projetada artificialmente, biointerfaces responsivas a estímulos tiram proveito de um sistema biológico e bio-reconhecimento de modo que um nível mais alto de funcionalidades possa ser realizado em nanoescala. Apesar disso, a comutação da emissão de laser com reconhecimento biológico ainda não foi abordada, particularmente com sintonia reversível e de comprimento de onda em uma ampla faixa espectral.

p Abordar esta questão, A equipe de Chen desenvolveu um novo método para alternar a emissão de laser, incorporando DNA em uma microcavidade óptica. O DNA é um dos biomateriais mais potentes, conhecido por sua síntese controlável e especificidade de interações de pares de bases. A programabilidade e a automontagem de estruturas de DNA oferecem maneiras versáteis de construir biointerfaces de DNA e adaptar a resposta óptica. A microcavidade óptica Fabry-Perot consiste em dois espelhos dielétricos, em que cristais líquidos dopados com corante foram introduzidos como ganho óptico para aumentar a resposta de eventos de ligação ao DNA.

p A forte interação luz-matéria induzida pela microcavidade, portanto, permite que mudanças sutis sejam amplificadas dentro da cavidade e das matrizes de cristal líquido. A molécula de cristal líquido muda de alinhamento homeotrópico para planar quando o DNA de fita simples (sDNA) é adsorvido na monocamada catiônica da matriz. As mudanças de orientação das moléculas de LC, portanto, resultaram em um desvio para o azul do comprimento de onda do laser com amplificação de sinal pronunciada. O comprimento de onda do laser pode ser revertido após a ligação com sua parte complementar através do processo de hibridização de DNA.

p "Usamos essa interação especial de DNA-cristal líquido como o poder de comutação para alterar a orientação dos cristais líquidos na microcavidade Fabry-Perot para que a comutação da emissão de laser entre diferentes comprimentos de onda fosse alcançada, "disse o professor Yu-Cheng Chen, o autor correspondente do estudo. As interações levam à comutação temporal dos comprimentos de onda e intensidades do laser. O comprimento de onda do laser aparece com uma mudança para o azul quando o ssDNA é introduzido. Ele reverte ao hibridizar com suas bases complementares. Os estudos experimentais e teóricos revelaram que a força de absorção do meio de ganho é o mecanismo crítico que determina o comportamento de deslocamento do laser.

p "A importância deste estudo é apresentar o conceito de uso de biomoléculas orgânicas para alternar fontes de luz coerentes em diferentes comprimentos de onda. Ele representa um marco na obtenção de laser biológico controlado, "disse Chen. A equipe acredita que este estudo lança luz sobre o desenvolvimento de dispositivos fotônicos programáveis ​​em subnanoescala, explorando a complexidade e o auto-reconhecimento das biomoléculas. Ao explorar a complexidade e o auto-reconhecimento das sequências de DNA, a luz laser pode ser totalmente manipulada e programada. A notável capacidade de reconhecimento molecular específico pode ser potencialmente adequada para aplicações como codificação de informações e armazenamento de dados com luz laser no futuro. Este trabalho foi publicado em ACS Nano .