通常、ピーナッツを見てもレーザー技術の未来について考える人はいないでしょう。しかし、スウェーデン北部のウメオ大学の研究室では、物理学が ジア・ワン そして彼の共同研究者たちはまさにそれを実現した。ピーナッツと白樺の葉を光子デバイスに変えるのだ。その結果、 医療画像診断中に組織を照射できる（または偽造バッグを暴く）ことができる完全に生物学的なランダムレーザー).
発見、 雑誌に掲載 ナノフォトニクスこの研究は、一般的な再生可能な材料が、高度な光学技術の創造において合成化合物や有毒金属の代わりに使用できることを実証しています。
生物学的レーザーの仕組み
レシピは驚くほどシンプルです。白樺の葉を圧力調理法でカーボンドットに変えます。このたった1ステップで、直径わずか数ナノメートルの蛍光ナノ粒子が作られます。これらのドットは光に励起されると鮮やかな赤色に発光します。一方、ピーナッツは光学キャビティを提供します。一辺が6ミリメートルの立方体に切ると、その不規則な表面は、光を無秩序に散乱させるひだ、孔、そして細胞構造の迷路となります。
研究チームは、カーボンドット溶液を注射器でピーナッツに注入し、溶媒を除去するために10分間60℃に加熱した後、冷却する。表面にパルスレーザーを照射すると、鋭い発光ピークが観察される。これがレーザー発振であり、励起された物質が同一の光子を放出し、それらが結合して非常に強力な単色（単一色）光線を形成する現象である。閾値は、測定された表面積に応じて、1平方センチメートルあたり96,4～150,3キロワットの範囲で変化する。 多くの人工的に設計された合成レーザーに匹敵する.
従来のレーザーは狭く指向性のあるビームを放射しますが、ランダムレーザーは多重散乱によって光を多方向に分散させます。これにより、高解像度の画像を悩ませる「ノイズ」が排除され、より均一で鮮明な照明が得られます。
赤色光が組織を透過する理由
赤を選んだのは偶然ではありません。波長の長い色は、可視光線の短い波長よりもずっと深く生物組織に浸透します。
赤色光は数センチメートルの組織を透過しても大きな損傷を与えず、光子エネルギーが低いため光毒性のリスクも大幅に低減します。生物医学イメージングにおいては、これは侵襲的な生検なしに内部構造を照射できることを意味します。白樺の葉から得られるカーボンドットは、 優れた写真安定性と細胞毒性の欠如これら 2 つの特性により、光劣化しやすい従来の有機染料よりも優れた染料となっています。
王氏のグループはこれまで天然素材の研究を行ってきた。 2年前、彼らは大学のキャンパスで採取した白樺の葉を使って有機半導体を製造できることを実証した。 テレビやスマートフォンのディスプレイに利用されています。今、その同じ葉が持続可能なレーザーへの道を照らしています。
生物学的レーザー、光認証のプラス
それぞれの生物レーザーは、そのランダムな微細構造によって決まる固有のスペクトル特性を持っています。この特性により、複製不可能な光セキュリティタグを実現できる可能性があります。貴重な文書、高級品、電子機器など、あらゆるものが、工業製品では正確に再現できない光特性によって真贋判定される可能性があります。生物の成長に伴う自然なランダム性が、唯一無二の証となる点が魅力です。 複雑さを設計する必要はありません。自然がそれを無料で提供してくれるからです。.
まだ何が足りないですか?
このシステムは機能しますが、依然として外部レーザー励起が必要です。明日の朝に病院に持っていけるようなプラグアンドプレイデバイスではありません。出力閾値は人工レーザーと同等ですが、それ以下にはならないため、光ポンピング装置が依然として必要です。さらに、標準化の問題もあります。ピーナッツは一つ一つ異なり、カーボンドットのバッチごとに固有のばらつきがあります。医療用途に必要なのは再現性であり、光子の調理技術ではありません。
しかし、重要なのは、明日産業用レーザーを置き換えることではありません。フォトニクスが新たな方向へ進むことができることを実証することです。地元の材料、シンプルなプロセス、コスト削減、環境への影響の最小化。ウメオ大学は光共振器用の他の天然バイオマテリアルを研究しています。他のグループはカーボンドットの効率向上に取り組んでいます。進むべき道は明確です。
誰かがピーナッツを見て、カロリーではなく光子を見ている限り、未来にはまだ行動の余地がある。
