Le mécanisme de lasage à la surface des gouttelettes d’eau peut être utilisé pour enregistrer les changements mécaniques sur les biointerfaces – Technoguide

De minuscules forces moléculaires à la surface des gouttelettes d’eau peuvent jouer un grand rôle dans les émissions de sortie laser. En tant que matrice la plus fondamentale de la vie, l’eau est le moteur de nombreuses activités biologiques essentielles, par le biais d’interactions avec des biomolécules et des organismes. L’étude des effets mécaniques des interactions liées à l’eau contribue à la compréhension des processus biochimiques. Selon Yu-Cheng Chen, professeur de génie électronique à l’Université technologique de Nanyang (NTU), “Comme l’eau interagit avec une surface, l’hydrophobicité à la bio-interface détermine principalement l’équilibre mécanique de l’eau. L’hydrophobicité moléculaire à l’interface peut servir comme base pour surveiller les interactions biomoléculaires subtiles et la dynamique. “

Des gouttelettes d’eau ont été utilisées pour former des microlasers biologiques qui exploitent la capacité intrinsèque de l’eau à confiner la lumière avec une diffusion minimale. Les lasers à gouttelettes bénéficient de l’oscillation laser dans une microcavité, de sorte que tous les changements subtils induits par le milieu de gain ou la cavité peuvent être amplifiés, conduisant à des changements dramatiques des caractéristiques d’émission laser. Alors que les lasers à gouttelettes sont devenus des plates-formes de pointe dans les études biochimiques / physiques et les applications biomédicales, l’interaction optique entre les résonateurs à gouttelettes et une interface est restée inconnue.

Comme indiqué dans Advanced Photonics, l’équipe NTU de Chen a récemment découvert que lorsqu’une gouttelette d’eau interagit avec une surface pour former un angle de contact, les forces moléculaires interfaciales déterminent la géométrie d’un résonateur de gouttelettes. Des changements mécaniques spectaculaires à l’interface jouent un rôle important dans l’oscillation optique des résonateurs à gouttelettes.

Le groupe de Chen a découvert un mécanisme d’oscillation des résonateurs à gouttelettes, dans lequel le laser résonne le long de l’interface gouttelette-air dans le plan vertical. Chen note que ce mode laser orienté verticalement “en arc-en-ciel” ou “en arc” se reflète dans les deux sens entre les deux extrémités de l’interface des gouttelettes, formant une émission laser unique et extrêmement forte. L’équipe de Chen a remarqué que, contrairement au mode de galerie de chuchotements (WGM) couramment vu, ce mécanisme laser nouvellement découvert est beaucoup plus sensible aux forces moléculaires interfaciales. Selon Chen, “Les émissions laser de ce mode en forme d’arc augmentent considérablement avec l’incrément d’hydrophobicité interfaciale, ainsi que l’angle de contact des gouttelettes.”

Cherchant à expliquer ce phénomène de modulation, l’équipe de Chen a également constaté que le facteur de qualité des nouveaux modes laser augmentait considérablement avec un angle de contact des gouttelettes croissant. Et le nombre de chemins d’oscillation des modes laser dans les gouttelettes a considérablement augmenté. “Ensemble, ces deux facteurs déterminent l’amélioration des émissions laser avec la force des forces moléculaires interfaciales”, explique Chen.

Sur la base de leur découverte, l’équipe de Chen a exploré la possibilité d’utiliser des lasers à gouttelettes pour enregistrer les changements mécaniques au niveau des biointerfaces. Comme prévu, ils ont découvert qu’un minuscule changement des forces biomoléculaires interfaciales, induit par une très faible concentration de biomolécules, telles que des peptides ou des protéines, peut être enregistré par les émissions laser des lasers à gouttelettes.

Selon Chen, “ce travail démontre un mécanisme de modulation important dans les résonateurs à gouttelettes et montre le potentiel d’exploitation des résonateurs optiques pour amplifier les changements des forces intermoléculaires.” Les connaissances sur les mécanismes de lasage ouvrent de nouvelles perspectives pour l’utilisation de microlasers pour étudier les interactions biomécaniques et la physique des interfaces. Les lasers à gouttelettes pouvant fournir une nouvelle plate-forme pour étudier les interactions physiques intermoléculaires à l’interface, ils pourraient être particulièrement utiles pour examiner les interactions hydrophobes, qui jouent un rôle essentiel dans de nombreux systèmes dynamiques physiques et biologiques.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par SPIE – International Society for Optics and Photonics. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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