Биологически контролируемое переключение в источниках когерентного света

Международная исследовательская группа из Наньянского технологического университета (Nanyang Technological University, Singapore) продемонстрировала концепцию переключаемого микролазера, управляемого процессом гибридизации ДНК органической биомолекулы. Исследование может привести к разработке программируемых фотонных устройств на субнаномасштабе.

Оптическое переключение обычно достигается путем изготовления сложных устройств или физически, например, изменением структуры или показателя преломления резонаторов генерации. В отличие от искусственно созданных интерфейсов, биоинтерфейсы, реагирующие на стимулы, используют преимущества биологической системы и биораспознавания, гарантируя, что более высокий уровень функциональности может быть реализован на наноуровне.

Профессор Ю-Ченг Чен (Yu-Cheng Chen), автор исследования, и его команда внедрили ДНК в оптическую микрополость лазера Фабри-Перо. ДНК, известная своим контролируемым синтезом и специфичностью взаимодействий пар оснований, является самосборной и хорошо программируемой, что обеспечивает универсальность в создании биоинтерфейсов и настройке оптических реакций для управления. Оптическая микрополость состоит из двух диэлектрических зеркал, в которые были введены жидкие кристаллы, легированные красителем, в качестве оптического усилителя для усиления реакции на события связывания ДНК.

Сильное взаимодействие света и вещества, вызванное микрополостью, позволило усилить тонкие изменения внутри полости и жидкокристаллических матриц. Когда одноцепочечная ДНК была адсорбирована на катионном монослое матрицы, молекула жидкого кристалла изменилась с гомеотропного на планарное выравнивание. Это изменение ориентации привело к синему сдвигу длины волны генерации с заметным усилением сигнала. После связывания с комплементарной частью в процессе гибридизации ДНК длину волны генерации можно изменить.

"Мы использовали это особое взаимодействие ДНК и жидкого кристалла в качестве переключающей способности для изменения ориентации жидкого кристалла в микрополости лазера. Переключение лазерного излучения между различными длинами волн было достигнуто", сказал Чен.

Ученые научились манипулировать лазерным светом в системе, в том числе программировать, используя самораспознавание последовательностей ДНК. В перспективе, помимо программирования фотонных устройств, открытие может быть использовано для кодирования информации и хранения данных с помощью лазерного света.

"Теоретическая значимость исследования состоит в разработке концепции использования органических биомолекул для переключения источников когерентного света на разных длинах волн. Это является важной вехой в создании лазера с биологическим контролем", – сказал Чен.

25.11.2020

Биологически контролируемое переключение в источниках когерентного света

По материалам Photonics

Заявка на звонок

В форме есть ошибки

Мы перезвоним Вам с 9:00 до 18:00 по Москве

Исправление ошибки

Спасибо за помощь в контроле качества нашего ресурса!