Vill skapa en levande laser

– Fotonik, det vill säga det praktiska användandet av ljus, kommer att vara en nyckelteknologi för innovation och teknisk utveckling i vårt århundrade på samma sätt som elektronik har varit det under det förra. Fotoniken är ett nödvändigt redskap för stora delar av grundforskningen och vital för många samhällsfunktioner, med en snabb utveckling inom områden som IT, energi, övervakning, belysning, medicin och hälsa.

Det säger Fredrik Laurell, professor och ledare för forskningsgruppen Laserfysik på KTH. Han är huvudsökanden för projektet "Multifunctional fiber optics" som får ta emot närmare 32 miljoner fördelat över fem år, från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

Rent konkret kan forskningsresultat inom ämnesområdet fiberoptik ingå i allt från bioimplantat via medicinska sensorer till solceller.

– Fiberoptik är basen för datakommunikation och internet, men den är också mycket viktig för medicinsk avbildning, exempelvis gastroskopi. Detta forskningsprogram, som går under namnet "Multifunktionell fiberoptik", har en grundläggande, tvärvetenskaplig natur med en stark utforskande profil. Genom ett intelligent införande av nya funktioner i fibern får vi en fiberoptisk verktygslåda med ett antal unika optiska komponenter. Detta kommer att öka de möjliga användningsområdena för optiska fibrer dramatiskt och revolutionera flera vetenskapsområden.

I denna verktygslåda finns bland annat nano- och mikrostrukturerade fibrer. Det är fibrer med integrerade elektroder men också fibrer med olika former av kanaler och hålrum, i vilka vätskor och gaser kan flöda och interagera med ljuset i fibern.

– Partiklar kan sugas upp i kanalerna och sedan analyseras, sorteras eller behandlas. Detta skapar en plattform som inkluderar integration av nanofluidik, nanokemi och biofotonik för analys och manipulation av små volymer av biomolekyler. Då fibern är tunn och stark kan den föras in i kroppen utan att påtagligt störa eller skada vävnader.

Speciellt intressant blir det att använda fibern för så kallade in vivo-studier där man kan undersöka organ, och förhoppningsvis plocka bort sjuka eller defekta celler, eller behandla sjuka områden lokalt genom injektion av medicin, kemikalier, laserljus eller elektricitet.

– Vätskan i fibern kan också användas som ett lasermedium, och om man suger in levande celler i fibern finns möjligheter att skapa en levande laser i fibern.

Fredrik Laurell berättar att egenskaperna hos laserljuset då ger information om cellerna, och när man ändrar deras förutsättningar kan man med hög effektivitet få information om deras status.

– I samarbete med Karolinska institutet ska vi använda dessa fibrer för att studera tumörer, speciellt från bukspottkörtelcancer som både är en svåråtkomlig och svårbehandlad sjukdom.

I verktygslådan kommer forskarna också att ha fibrer med halvledarkärnor, med vilka man kan generera och sända långvågig IR-strålning och så kallad
terahertz-strålning. Dessa halvledarfibrer, som forskarna nu kan tillverka med låga överföringsförluster, är unika inom detta snabbt växande forskningsområde. Dessa fibrer kan också utnyttjas som rena optoelektronikkomponenter vilka kan användas som i bland annat solceller.

När projektet är avslutat skall forskarna ha utvecklat flera praktiskt användbara nya tekniker. Speciellt stora förhoppningar ställer de till in vivo-cellanalys och cancerbehandling med hjälp av kemo- och fotodynamisk terapi. Även områdena THz-fysik och sensorfysik skall ha utvecklats starkt med forskarnas tekniker.

"In vivo" omnämns ovan, och syftar på biologiska processer i levande celler och vävnader när de befinner sig på sin naturliga plats i exempelvis djur eller människor. Detta särskilt om processer som används i vetenskapliga försök och kliniska tester. In vivo är ett vanligt begrepp inom till exempel genterapi.

Text: Peter Ardell

För mer information, kontakta Fredrik Laurell på 070 - 166 74 48 eller fl@laserphysics.kth.se.