《高级光子学》：界面分子力调节小水滴中的激光作用

水滴表面的微小分子力可以在激光输出发射中发挥很大作用。水通过与生物分子和生物体的相互作用，驱动着许多重要的生物活动。研究与水有关的相互作用的机械效应有助于理解生物化学过程。

尽管液滴激光器已成为生化/物理研究和生物医学应用的前沿平台，但液滴谐振器与界面之间的光学相互作用仍是未知的。

据《高级光子学》(Advanced Photonics)报道，南洋理工大学的团队最近发现，当水滴与表面相互作用形成接触角时，界面的分子力决定了水滴谐振器的几何形状。液滴谐振腔在界面处的剧烈机械变化对谐振腔的光学振荡起着重要作用。

研究小组发现了液滴谐振器的振荡机制，即激光在垂直平面内沿液滴-空气界面共振。研究人员指出，这种垂直定向的“彩虹状”或“弧状”激光模式在液滴界面的两端来回反射，形成一种独特的、极强的激光发射。

与常见的回音壁模式(WGM)不同，这个新发现的激光机制对界面分子力更为敏感。研究人员认为，“随着界面疏水性和液滴接触角的增加，这种弧形模式的激光发射显著增加。”

为了解释这种调制现象，团队还发现，随着液滴接触角的增加，新激光模式的品质因子显著增加。液滴中激射模式的振荡路径数显著增加。这两个因素共同决定了激光发射随界面分子力的增强而增强。

基于这些发现，团队探索了利用微滴激光记录生物界面机械变化的可能性。正如预期的那样，他们发现由非常低浓度的生物分子(如肽或蛋白质)引起的界面生物分子力的微小变化可以通过液滴激光器的激光发射来记录。

研究人员称，“这项工作证明了微滴谐振器中的一个重要调制机制，并显示了利用光学谐振器来放大分子间力的变化的潜力。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

论文链接：

https://www.spiedigitallibrary.org/journals/advanced-photonics/volume-3/issue-01/016003/Lasing-action-in-microdroplets-modulated-by-interfacial-molecular-forces/10.1117/1.AP.3.1.016003.full?SSO=1