Lichtbron met nano-afmetingen opent nieuwe mogelijkheden

In het fameuze tijdschrift Nature van 28 juni 2007 is een artikel verschenen over onderzoek dat Amerikaanse wetenschappers uitvoeren aan lichtbronnen met nano-afmetingen. Hoewel nog in een pril stadium, kan deze nano-zaklamp allerlei nieuwe mogelijkheden openen voor onderzoek aan biologische structuren, zoals cellen. Met de nano-lichtbron is het in principe mogelijk om de cel te onderzoeken met ‘licht’ met een kleinere golflengte dan zichtbaar licht, zodat ook veel kleinere structuren zichtbaar worden die met gewoon licht onzichtbaar blijven.
De onderzoekers van de Berkeley universiteit en een overheidslaboratorium zijn er in geslaagd de nano-zaklamp te maken met behulp van nano-draden van kaliumniobaat. Deze draden werden gemaakt in een speciale oplossing van heet water en werden gescheiden door middel van ultrasoon geluid. De draden waren in hoge mate uniform van afmetingen, enkele micrometers lang maar slechts ongeveer 50 nanometer in diameter. De kunst is om de nanodraden te manipuleren en tegelijkertijd coherent licht met een kleur naar keuze te laten uitzenden. De onderzoekers slaagden hierin door gebruik te maken van een bundel uit een infrarood laser. Deze bundel vormt een soort van optisch pincet, waarmee individuele nanodraden zich laten ‘pakken’. Dankzij de bijzondere eigenschappen van kaliumniobaat stralen deze nanodraden tegelijkertijd zichtbaar licht uit waarvan de kleur kan worden geregeld. Hieraan ligt ten grondslag het feit dat kaliumniobaat in uitzonderlijke mate beschikt over niet-lineaire optische eigenschappen. Daardoor kan de frequentie van de inkomende infrarode straling worden verdubbeld of gemengd met een andere frequentie. Deze technieken staan bekend als SHG, ‘Second Harmonic  Generation’ en SFG, ‘Sum Frequency  Generation’.  Het resultaat is coherent licht waarvan de frequentie naar wens kan worden ‘afgestemd’ op het beoogde doel.
Onderzoeker Yang hierover: ‘We willen deze techniek inzetten voor endoscopisch onderzoek binnenin individuele cellen. Ons inzicht in de processen binnenin levende cellen kan drastisch toenemen door die processen daadwerkelijk in die cellen te kunnen bekijken." Zover is het nog niet, want de techniek staat nog aan de beginfase van zijn ontwikkeling, vergelijkbaar met hoe ver de inmiddels goed bruikbare ‘atomic force microscopie’ tien jaar geleden was. Toch ziet het er goed uit: deze nanodraden hebben namelijk uitstekende elektronische en optische eigenschappen, zijn niet giftig en zijn chemisch stabiel bij kamertemperatuur. Dus het lijken de ideale nano-zaklampjes te zijn die we nodig hebben.

In de illustratie is zichtbaar dat de nanodraad wordt gepakt door de infrarood laserstraal en vervolgens het infrarood licht omzet en transporteert naar een druppel die daardoor gaat fluoresceren.
Voor meer informatie klik hier.