Les chercheurs ont développé un minuscule nanolaser qui peut fonctionner à l'intérieur des tissus vivants sans les endommager.

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

Développé 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, le laser peut également être excité avec des longueurs d'onde de lumière plus longues et émettre à des longueurs d'onde plus courtes.

"Des longueurs d'onde de lumière plus longues sont nécessaires pour la bio-imagerie car 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 efficacement fournir une lumière laser visible à des profondeurs de pénétration accessibles aux longueurs d'onde plus longues."

Le nanolaser peut également fonctionner dans des espaces extrêmement confinés, y compris les circuits quantiques et les microprocesseurs pour l'électronique ultra-rapide et basse consommation.

L'article a été publié aujourd'hui (23 septembre) dans la revue Matériaux naturels . Odom a co-dirigé les travaux avec P. James Schuck à la School of Engineering de l'Université de Columbia.

Alors que de nombreuses applications nécessitent des lasers de plus en plus petits, les chercheurs se heurtent continuellement au même obstacle :les nanolasers 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 car 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, " dit Schuck, professeur agrégé de génie mécanique.

Odom, Schuck et leurs équipes ont pu réaliser une plate-forme nanolaser qui résout ces problèmes en utilisant la conversion ascendante des photons. En conversion ascendante, les photons de faible énergie sont absorbés et convertis en un photon d'énergie plus élevée. Dans ce projet, l'équipe a commencé avec une faible consommation d'énergie, photons infrarouges « bio-amicaux » et les ont convertis en faisceaux laser visibles. Le laser résultant peut fonctionner sous de faibles puissances 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, " dit Odom, le professeur de chimie Charles E. et Emma H. ​​Morrison au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. « L'onde continue, les caractéristiques de faible puissance ouvriront de nombreuses nouvelles applications, notamment en imagerie biologique."

"Étonnamment, nos minuscules lasers fonctionnent à des puissances inférieures de plusieurs ordres de grandeur à celles observées dans tous les lasers existants, " a déclaré Schuck.