Các nhà khoa học đã phát triển được một loại tia laser kích cỡ nano (nanolaser) mới có thể hoạt động được bên trong các mô sống mà không gây tổn hại đến các tổ chức này.

Loại tia này có ứng dụng tiềm năng trong điều trị các bệnh lý thần kinh thuộc các tổ chức não sâu như động kinh hoặc có thể nhận biết được các chất chỉ điểm sinh học của quá trình bệnh lý.

Trong khi hiện tại có rất nhiều ứng dụng cần đến các tia chiếu laser có kích thước ngày càng nhỏ thì các nhà khoa học lại liên tục bị vướng vào cùng một loại rào cản chung đó là nanolaser có xu hướng kém hiệu quả hơn nhiều so với các loại tia chiếu tương ứng có kích thước lớn hơn. Và đặc trưng của loại laser này là cần đến các bước sóng ngắn hơn như ánh sáng cực tím (UV) để cung cấp năng lượng cho chúng. Điều này là bất lợi vì đối với các loại môi trường khác biệt trong đó chúng ta muốn sử dụng các tia chiếu laser nhỏ thì lại dễ bị tổn hại bởi bức xạ UV. Hơn nữa, lượng nhiệt thừa sinh ra do quá trình vận hành không hiệu quả.

Nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Columbia và Đại học Northwestern (Hoa Kỳ) đã tạo được một loại tia chiếu nanolaser mới có thể giải quyết những vấn đề này bằng kỹ thuật chuyển đổi ngược photon ánh sáng (gọi là photon upconversion). Trong quá trình chuyển đổi này, các photon năng lượng thấp được hấp thu và chuyển thành một photon có năng lượng cao hơn. Trong dự án này, các nhà nghiên cứu bắt đầu với các photon hồng ngoại năng lượng thấp, "thân thiện sinh học” và chuyển đổi ngược chúng thành các tia laser nhìn thấy được. Tia laser thu được có thể thực hiện chức năng trong điều kiện năng lượng thấp và có bước sóng ngắn hơn nhiều so với ánh sáng khả kiến. Tia nanolaser này là trong suốt nhưng có thể tạo ra những photon nhìn thấy được khi được bơm truyền quang với bức xạ ánh sáng mà mắt thường không thể nhìn thấy. Đặc điểm dạng sóng liên tục năng lượng thấp sẽ mở ra vô vàn ứng dụng mới mà đặc biệt là trong chụp ảnh sinh học. Một tính chất thú vị khác nữa là loại tia laser siêu nhỏ này có thể hoạt động được ở các mức năng lượng thấp hơn rất nhiều so với bất cứ loại laser nào hiện có.

Với độ dày vào khoảng 50-150 nanomet, tia chiếu laser mới này chỉ có kích cỡ bằng 1/1.000 bề dày của một cọng tóc. Ở kích thước này, chúng có thể hoạt động và thực hiện được chức năng ở các mô sống và cho thấy đặc biệt hứa hẹn để chụp ảnh bên trong các tổ chức này.

Loại tia này có ứng dụng tiềm năng trong điều trị các bệnh lý thần kinh thuộc các tổ chức não sâu như động kinh hoặc có thể nhận biết được các chất chỉ điểm sinh học của quá trình bệnh lý. Thiết bị tạo tia chiếu nanolaser có đặc điểm cấu tạo chủ yếu bằng thủy tinh với bản chất tương thích sinh học. Không những thế, chúng còn có thể được kích thích với các bước sóng ánh sáng dài và phát xạ ra các bức xạ có bước sóng ngắn hơn. Ánh sáng có bước sóng dài cần thiết để chụp ảnh sinh học vì chúng có thể thâm nhập sâu hơn vào các mô so với các lượng tử ánh sáng ở bước sóng nhìn thấy được.Còn những bức xạ có bước sóng ngắn hơn lại phù hợp đối với các vùng có cùng độ sâu. Các nhà khoa học đã thiết kế được một hệ thống sạch về mặt quang học có thể đưa ánh sáng laser ở bước sóng nhìn thấy thâm nhập vào được những vùng sâu mà chỉ có các bức xạ có bước sóng dài hơn mới đến được. Loại tia chiếu nanolaser mới cũng có thể vận hành được trong một không gian cực kỳ chật hẹp, bao gồm các vi mạch lượng tử và hệ vi xử lý của các loại thiết bị điện tử siêu nhanh và ít tiêu tốn năng lượng.

Hy vọng trong tương lai không xa, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều ca bệnh khó có thể được điều trị một cách đơn giản, nhanh chóng và hiệu quả.