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利用可调谐纳米尺度激光器探测细胞特性

2007-11-27 16:14
孤身万里游
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作者:Hassaun A. Jones-Bey

美国劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的研究人员发明了一种纳米尺度生物光源,该光源在整个可见光谱区域能够发射可调谐激光。该项发明最终将有可能推动亚波长光学的发展。亚波长激光器在物理、信息、生物科学等领域具有广泛应用,并且具有室温运行稳定,以及与细胞层次的液体环境相容的特性。[1]

研究人员Peidong Yang表示:“这项发明借鉴了劳伦斯伯克利国家实验室以前的成果:在空气和无源亚波长波导中实现纳米尺寸光源。” 该项发明的创新之处在于在铌酸钾纳线上实现了非线性光学转换。铌酸钾具有毒性低、化学稳定性好、室温下有效非线性系数大和折射率高等特性,并且它在较宽的波段(包括可见光波段)内都是透明的。

纳线先在一个热水溶液中合成,然后采用超声分离。红外激光辐射用于控制单个纳线,同时作为泵浦光,通过谐波产生和波混频,使纳线发射可调谐可见激光。研究人员使用纳米尺度光源在液体中进行光学成像以及近场扫描,获得了高达200nm的分辨率。

荧光
当纳线光源与荧光微球接触时可以产生荧光,其发光机理为:纳线光源接触荧光微球时,微球在接触点释放出橙色荧光。当纳线移开后,橙色荧光的强度随即降低80倍,说明纳线是荧光的主要激发源。

该项发明的另一位研究人员Jan Liphardt认为:“显微镜成像时,对样本进行成像和操作是两个独立的过程,在纳线光源技术中,我们将这两种功能融
融合在一个器件中,对样本进行成像的同时也可以对样本进行操作。”

小尺寸光源将开辟很多有意义的应用领域。Yang表示:“我们的下一个研究方向是单细胞内窥镜,利用纳米尺度光源和亚波长波导在单个细胞中获得高分辨率成像。对活细胞进行监测将大大提高人们对细胞功能、细胞内的生理过程和细胞信号传导的认识。”


 
图:利用光陷阱和光泵浦铌酸钾纳线对玻璃盖片上的热蒸发金线图案进行扫描,实现了与原子力学显微镜可比拟的显示结果。


利用光镊对单个纳线进行操作至关重要,因为它不但能应用在生物成像领域,而且在纳米尺度光路领域也具有潜在的应用价值。Yang认为:“激光器、波导、非线性光学转换器和光探测器,都是光子技术的重要器件,成熟的纳米尺度光子技术要求这些器件均为纳米集成光路。该项技术还可以应用于芯片实验台和量子密码领域。”

Yang 和Liphardt认为,纳线光源技术的发展才刚刚起步,相当于十多年前原子力学显微镜技术所处的阶段。纳米成像并非要取代现有的显微镜技术,而是为显微镜技术提供一个功能上的补充。

参考文献
1. Y. Nakayama et al., Nature 447, 1098 (June 28, 2007).

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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