DNA是人类和其他活生物体所有细胞核中的遗传物质。除了在生物学中的意义外，DNA在控制许多物理设备方面也发挥了特定作用。最近，新加坡南洋理工大学的一个国际研究团队通过利用有机生物分子DNA杂交过程证明了可转换微激光的概念。
迄今为止，可切换式微激光器的发展已成为具有控制光-物质相互作用和集成光子学的巨大潜力的基础。通常，通过复杂的器件制造或某些物理方法（例如修改激光腔的结构或折射率）来实现光切换。与人为设计的界面相反，刺激响应性生物界面利用生物系统和生物识别的优势，从而可以在纳米级实现更高水平的功能。然而，具有生物识别的切换激光发射尚待解决，特别是在宽光谱范围内具有可逆性和波长可调性。
为了解决这个问题，Chen的团队开发了一种通过将DNA掺入光学微腔来切换激光发射的新颖方法。DNA是最有力的生物材料之一，以其可控的合成和碱基对相互作用的特异性而著称。DNA结构的可编程性和自组装性为构建DNA生物界面和定制光学响应提供了多种方法。Fabry-Perot光学微腔包含两个介电镜，其中引入了掺杂染料的液晶作为光学增益，以增强DNA结合事件的响应。
因此，由微腔引起的强烈的光-物质相互作用使得在空腔和液晶矩阵内的细微变化得以放大。当单链DNA（sDNA）吸附在基质的阳离子单分子层上时，液晶分子从垂直排列变为平面排列。因此，LC分子的方向变化导致激光波长发生蓝移，并伴随明显的信号放大。激光的波长可以通过DNA杂交过程与其互补部分结合而恢复。
该研究的通讯作者陈玉成教授说：“我们利用这种特殊的DNA-液晶相互作用作为转换能力，以改变法布里-珀罗微腔中的液晶取向，从而实现了不同波长之间的激光发射转换。” 相互作用导致激光波长和强度的时间切换。当引入ssDNA时，激光波长出现蓝移。它在与其互补碱基杂交后恢复原状。实验和理论研究均表明，增益介质的吸收强度是决定激光偏移行为的关键机制。
Chen说：“这项研究的意义是引入使用有机生物分子来切换不同波长的相干光源的概念。这是实现生物控制激光的里程碑。” 该团队认为，这项研究通过利用生物分子的复杂性和自我识别，为亚纳米级可编程光子器件的开发提供了启示。通过利用DNA序列的复杂性和自我识别，可以对激光进行完全的操纵和编程。特定分子识别的非凡能力将来可能会适合诸如激光的信息编码和数据存储之类的应用。这项工作发表在ACS Nano上。
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