Созданы первые микролазеры, способные детектировать отдельные молекулы и ионы
В Институте живых систем Эксетерского университета разработаны микролазеры, способные детектировать отдельные молекулы и ионы. Этот прорыв станет большим шагом в развитии методов ранней диагностики заболеваний и молекулярного тестирования в медицине.
Разработка описана в журнале Nature Photonics. Микролазеры представляют собой идеально круглые стеклянные шарики диаметром 70–110 мкм, покрытые иттербием и золотыми наностержнями. В такой шарик подают по оптоволокну свет накачки с длиной волны 972 нм. Атомы иттербия возбуждаются и испускают два лазерных луча 1030–1100 нм, которые бегают внутри шарика, отражаясь от его поверхности. Такой резонанс называется модами шепчущей галереи.
Изюминка изобретения — золотые наностержни, образующие «горячие точки». Отражаясь от такой точки, луч слегка меняет частоту, и у него возникают биения со вторым лучом. Частота этих биений невелика и ее легко измерять с достаточной точностью. А когда на наностержень попадает посторонний ион, его отражательные свойства меняются — и, как следствие, меняется частота биений.
«Впервые нам удалось создать микролазеры, способные детектировать объекты, меньшие, чем когда-либо прежде, — вплоть до отдельных атомов и молекул. Это важное достижение, которое приближает нас к созданию нового поколения устройств „лаборатория на чипе“. Такие устройства могли бы диагностировать такие заболевания, как рак или деменция, на ранних стадиях, а также использоваться для быстрого тестирования на вирусы», — сказал профессор Франк Фолльмер, возглавлявший работу.
Перспективы же технологии еще шире. Микролазеры можно имплантировать в организм и даже внедрять внутрь клетки.
«Кроме того, эта технология позволит фиксировать незначительные структурные изменения в белках, например, связанные с активностью ферментов или белковой сигнализацией, — то, что сегодня недоступно ни одному другому методу. Такой прогресс означал бы огромный скачок в нашем понимании механизмов, лежащих в основе таких процессов, как развитие заболеваний», — добавил Фолльмер.
