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Novo Laser Criado a partir fluorescentes das Proteínas da Medusa


As proteínas fluorescentes a partir de medusa que foram cultivadas em bactérias foram utilizadas para criar um laser, pela primeira vez, de acordo com um novo estudo.

A descoberta representa um grande avanço nos chamados polariton lasers , disseram os pesquisadores. Estes lasers tem o potencial para ser muito mais eficiente e compacto do que os convencionais e podem abrir caminhos de pesquisa em física quântica e computação óptica, disseram os pesquisadores.

Lasers polariton tradicionais que utilizam semicondutores inorgânicos precisa ser resfriado a incrivelmente baixas temperaturas. Projetos mais recentes com base em materiais eletrônicos orgânicos , como os usados ​​em Diode (OLED) exibe orgânicos emissores de luz, operar em temperatura ambiente, mas precisa ser alimentado por picossegundos (um trilionésimo de segundo) pulsos de luz. [ Ciência fato ou ficção? A plausibilidade de 10 Conceitos Sci-Fi ]

Redirecionando as proteínas fluorescentes que revolucionaram imagens biomédicas, e permitindo que os cientistas para monitorar os processos dentro das células, a equipe criou um laser polariton que opera à temperatura ambiente alimentado por pulsos nanossegundos - apenas bilionésimos de segundo.

"Pulsos de picossegundos de uma energia adequada são cerca de mil vezes mais difícil de fazer do que pulsos de nanossegundos, para que ele realmente simplifica fazer esses lasers polariton bastante significativa", disse Malte Gather, professor na Escola de Física e Astronomia da Universidade de St. Andrews, na Escócia e um dos inventores do laser.

Reunir dito vivo Ciência que as proteínas fluorescentes têm sido utilizados como um marcador de células vivas ou tecidos vivos antes, mas agora, os investigadores começaram a utilizá-las como um material. "Este trabalho mostra pela primeira vez que a sua estrutura molecular é efetivamente favorável para a operação em alto brilho -, conforme necessário, por exemplo, para transformá-los em lasers", disse.

Bactérias geneticamente modificadas

Reunir e colegas da Universidade de Würzburg e Universidade de Tecnologia de Dresden, tanto na Alemanha, geneticamente modificado E. coli para produzir reforçada proteína verde fluorescente (eGFP).

Os pesquisadores preenchido microcavidades ópticas com esta proteína antes de submetê-los a "bombeamento óptico", onde nanossegundos flashes de luz são usados ​​para trazer o sistema para a necessária energia para criar a luz do laser .

Importante, depois de atingir o limiar para lasing polariton, bombeando mais energia para o dispositivo resultou na emissão de laser convencional. Isso ajuda a confirmar a primeira emissão foi devido a lasing polariton, reunir disse, que é algo que outras abordagens que utilizam materiais orgânicos têm sido incapazes de demonstrar até agora.

Lasers convencionais criar os seus feixes intensos, aproveitando o fato de que os fótons podem ser amplificados por átomos excitados em que o laser é chamado "ganho médio." Isto é tipicamente feito a partir de materiais inorgânicos, tais como vidros, cristais ou à base de gálio semicondutores .

luz laser polariton é quase indistinguível de luz laser convencional, mas o processo físico que cria ele se baseia em um fenômeno quântico para amplificar a luz.

Repetiu absorção e re-emissão de fótons por átomos ou moléculas no meio de ganho dá origem a quasiparticles chamadas polaritons. Em certas condições - antes de o nível de energia necessário para a emissão de laser convencional é alcançado - os polaritons sincronizar em uma joint estado quântico chamado de condensado, que emite luz laser.

lasers convencionais requerem mais do que metade dos átomos no meio de ganho para entrar num estado animado antes de luz laser é produzido. Este não é o caso nos lasers polariton, o que significa que, em teoria, que requerem menos energia para ser bombeado para dentro do sistema, os investigadores disse.

Inovações laser

De acordo com Reúna, uma das principais vantagens da nova abordagem é que a parte emissora de luz das moléculas de proteína é protegido dentro de uma concha cilíndrica à escala nanométrica, que os impede de interferir uns com os outros.

Isto supera um grande problema que tem atormentado modelos anteriores, disse Stéphane Kena-Cohen, professor assistente no Departamento de Engenharia Física na Polytechnique de Montreal, no Canadá, que já trabalhou em lasers polariton orgânicos, mas não estava envolvido com o novo estudo.

"Isso permite que o laser para operar com pulsos de bomba muito mais longos, que são mais fáceis de gerar e permite implementações mais simples", disse Kena-Cohen Live Science. "No momento, muitos desafios permanecem para esses lasers para ser útil porque o [de excitação] limite é tão alto, mas eles são uma plataforma fascinante para estudar física que normalmente ocorrem apenas a temperaturas ultra baixas."

Reunir disse que a física fundamental sugere melhorias no projeto devem, eventualmente, permitir lasers polariton com limiares bastante mais baixos do que os convencionais, que lhes permitam ser muito mais eficiente e compacto.

Isso faz com que o novo estudo promissor para o campo da computação óptica, ele disse, e um pequeno laser baseados em biomateriais poderia também vir a ser implantados no corpo humano para aplicações médicas. Entretanto, ele acrescentou que eles são um modelo útil para a investigação de questões fundamentais da física quântica.

Os resultados do novo estudo foram publicados on-line em (19 de agosto) na revista Science Avança.

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