在水滴中发现的激光机制

水滴接触角激光发射

水滴接触角显着增加了乔等人,DOI 10.1117 / 1.ap.3.1.016003。信贷:乔等人。

水滴表面的激光机制可以用来记录生物界面的机械变化。

水滴表面的微小分子力可以在激光输出排放中发挥重要作用。作为生活中最基本的基质,水通过与生物分子和生物的相互作用来驱动许多基本的生物活性。研究水涉及相互作用的机械效果有助于了解生化过程。

据南洋科技大学电子工程教授(NTU)教授陈陈·陈辰陈,“随着水与表面相互作用,生物界面的疏水性主要决定了水的机械平衡。界面的分子疏水性可以作为监测微妙的生物分子相互作用和动态的基础。“

水滴已被用来形成生物微激光器,利用水固有的能力,以最小的散射限制光。液滴激光得益于激光在微腔中的振荡,因此任何由增益介质或腔引起的细微变化都会被放大,导致激光发射特性的剧烈变化。尽管液滴激光器已成为生化/物理研究和生物医学应用的前沿平台,但液滴谐振器与界面之间的光学相互作用仍是未知的。

如同报道高级光子学他的团队最近发现,当水滴与一个表面相互作用形成一个接触角时,界面的分子力决定了水滴谐振器的几何形状。液滴谐振腔在界面处的剧烈机械变化对谐振腔的光学振荡起着重要作用。

液滴激光器示意图

(a)液滴激光器托管弧形(Al)模式的示意图。在镜子和液滴之间沉积分子层。液滴固体界面张力,固体表面张力和液滴表面张力通常确定接触角。(b)在不同接触角下的Al模式(下面)和模拟电场分布和模拟电场分布。(c)左:液滴的侧视图简档,具有不同的接触角。右:泵送后液滴的光学图像。黄色框,激光发射区域。(d)具有不同界面张力的液滴谐振器的光谱。(e)接触角和光谱集成的激光输出作为液滴中牛血清白蛋白(BSA)的不同生物分子浓度的函数。信用; Qiao et al.

陈的研究小组发现了液滴谐振器的振荡机制,即激光在垂直平面内沿液滴-空气界面共振。Chen指出,这种垂直定向的“彩虹状”或“弧状”激光模式在液滴界面的两端之间来回反射,形成一种独特的、极强的激光发射。陈的研究小组注意到,与常见的耳语库模式(WGM)不同,这种新发现的激光机制对界面分子力更为敏感。Chen说:“这种弧形模式的激光发射量随着界面疏水性和液滴接触角的增加而急剧增加。”

为了解释这种调制现象,Chen的团队还发现,随着液滴接触角的增加,新型激光模式的质量因子显著增加。液滴中激光模振荡路径数显著增加。“这两个因素共同决定了通过界面分子力的强度来增强激光发射,”Chen说。

基于他们的发现,陈的团队探讨了采用液滴激光器在生物界面进行机械变化的可能性。如预期的那样,他们发现通过非常低浓度的生物分子诱导的界面生物分子力的微小变化,例如肽或蛋白质,可以通过液滴激光的激光排放来记录。

据陈称,“这项工作展示了液滴谐振器中的重要调制机制,并显示了利用光学谐振器来放大分子间力的变化的可能性。”激光机制见解使用微加载者研究生物力学相互作用和界面物理的新前景。由于液滴激光器可以提供用于研究界面处的分子间物理相互作用的新平台,它们对于检查疏水性相互作用特别有用,这在许多物理动态和生物系统中起着至关重要的作用。

参考文献:“由界面分子力调制的微液滴中的激光行为”,作者:Qiao Zhen, Xuerui Gong, Peng Guan, Zhiyi Yuan, Shilun Feng, Yiyu Zhang, Munho Kim, Guo-En Chang and Yu-Cheng Chen, 2021年1月27日,高级光子学
ap.3.1.016003 DOI: 10.1117/1.

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