El ADN es el material hereditario en el núcleo de todas las células de los seres humanos y otros organismos vivos. Además de su importancia en biología, El ADN también ha jugado un papel específico en el control de muchos dispositivos físicos. Recientemente, un equipo de investigación internacional en la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur, ha demostrado el concepto de un microláser intercambiable aprovechando el proceso de hibridación de ADN de biomoléculas orgánicas.

Hasta la fecha, Los avances en microláseres conmutables han surgido como un bloque de construcción con un inmenso potencial para controlar las interacciones luz-materia y la fotónica integrada. Generalmente, La conmutación óptica se logra mediante la fabricación de dispositivos complejos o algunos enfoques físicos, como modificar la estructura o el índice de refracción de las cavidades láser. Al contrario de la interfaz diseñada artificialmente, Las biointerfaces sensibles a estímulos aprovechan un sistema biológico y un bioreconocimiento de modo que se pueda lograr un mayor nivel de funcionalidades a nanoescala. Sin embargo, aún no se ha abordado el cambio de la emisión láser con el reconocimiento biológico, particularmente con sintonización reversible y de longitud de onda en un amplio rango espectral.

Para abordar este asunto, El equipo de Chen desarrolló un método novedoso para cambiar la emisión láser incorporando ADN en una microcavidad óptica. El ADN es uno de los biomateriales más potentes conocidos por su síntesis controlable y la especificidad de las interacciones de pares de bases. La capacidad de programación y el autoensamblaje de las estructuras de ADN ofrecen formas versátiles de construir biointerfaces de ADN y adaptar la respuesta óptica. La microcavidad óptica Fabry-Perot consta de dos espejos dieléctricos, en el que se introdujeron cristales líquidos dopados con colorante como ganancia óptica para mejorar la respuesta de los eventos de unión al ADN.

La fuerte interacción luz-materia inducida por la microcavidad permite amplificar cambios sutiles dentro de la cavidad y las matrices de cristal líquido. La molécula de cristal líquido cambia de alineación homeotrópica a plana cuando se adsorbe ADN monocatenario (ADNc) en la monocapa catiónica de la matriz. Los cambios de orientación de las moléculas de LC dieron como resultado un desplazamiento al azul de la longitud de onda láser con una amplificación de señal pronunciada. La longitud de onda láser podría revertirse al unirse con su parte complementaria a través del proceso de hibridación del ADN.

"Usamos esta interacción especial ADN-cristal líquido como el poder de conmutación para alterar la orientación de los cristales líquidos en la microcavidad de Fabry-Perot de modo que se lograra la conmutación de la emisión láser entre diferentes longitudes de onda, "dijo el profesor Yu-Cheng Chen, autor correspondiente del estudio. Las interacciones conducen a un cambio temporal de las longitudes de onda e intensidades de las ondas láser. La longitud de onda láser aparece con un cambio azul cuando se introduce el ssDNA. Revierte al hibridar con sus bases complementarias. Tanto los estudios experimentales como los teóricos revelaron que la fuerza de absorción del medio de ganancia es el mecanismo crítico que determina el comportamiento de desplazamiento del láser.

"La importancia de este estudio es introducir el concepto de uso de biomoléculas orgánicas para cambiar fuentes de luz coherentes en diferentes longitudes de onda. Representa un hito en el logro del láser controlado biológicamente, ", dijo Chen. El equipo cree que este estudio arroja luz sobre el desarrollo de dispositivos fotónicos programables en la sub-nanoescala mediante la explotación de la complejidad y el autorreconocimiento de las biomoléculas. Al explotar la complejidad y el autorreconocimiento de las secuencias de ADN, la luz láser podría manipularse y programarse por completo. La notable capacidad del reconocimiento molecular específico podría ser potencialmente adecuada para aplicaciones como la codificación de información y el almacenamiento de datos con luz láser en el futuro. Este trabajo fue publicado en ACS Nano .