REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Biolaserji, ki temeljijo na bioloških in biokompatibilnih materialih, so se uveljavili kot pomembna
orodja v biomedicinskih aplikacijah, kot so unikatno celično označevanje, sledenje
in biosenzorika. Kljub tem napredkom pa možnost izdelave laserjev izključno iz užitnih
snovi ostaja neraziskana. Razvoj tovrstnih mikrolaserjev bi omogočil optično označevanje
in zaznavanje neposredno znotraj potrošniških izdelkov, s čimer bi odpravili probleme običajnih
črtnih kod in senzorjev, ki so omejeni na zunanji zaščitni ovoj izdelka ter posledično
ranljivi za njihovo odstranitev, poseganje ali spreminjanje.
V tej disertaciji smo raziskovali resonatorje iz užitnih snovi, ki delujejo nad in pod
pragom laserskega delovanja, kot integrirano platformo za označevanje in zaznavanje. Sistematična
študija materialov je pokazala, da so naravno pridobljeni fluorofori, vključno s
klorofilom-A in vitaminom B2, primerni kot ojačevalni medij za realizacijo užitnih laserjev.
Ti ojačevalni mediji so vključeni v resonatorje iz užitnih snovi za zasnovo popolnoma
užitnih laserjev v različnih konfiguracijah. Predstavljeni so užitni mikrolaserji, ki temeljijo
na t.i. “whispering-gallery-mode” (WGM) in Fabry-Pérot (FP) resonatorskih konfiguracijah.
WGM mikrolaserji so bili izdelani z uporabo dopiranih tekočih kapljic nadzorovanih
velikosti, proizvedenih z mikrofluidnimi čipi. Po drugi strani so bili WGM resonatorji,
ki delujejo pod pragom laserskega delovanja, izdelani z uporabo trdnih monodisperznih
silicijevih mikrosfer, prevlečenih s klorofilom in silicijevim dioksidom skladno s Stöberjevo
metodo. FP resonatorji so bili oblikovani z vstavitvijo ojačevalnega medija med zrcali
iz užitne srebrne folije. Ti mikroresonatorji izkazujejo izjemno ozke vrhove v izsevanem
spektru, kar omogoča visoko zmogljivost združevanja več signalov in občutljivost na spremembe
v okolici. Ko so vgrajeni neposredno v živilske izdelke, delujejo kot optične črtne
kode, sposobne shranjevanja več deset bitov podatkov, kot so informacije o proizvajalcu in
roku uporabe, medtem ko inherentne variacije v izdelavi zagotavljajo fizikalno neponovljive
funkcije (PUF – physical unclonable functions) za preprečevanje ponarejanja. Močna odzivnost
WGM načinov na spremembe v okolju omogoča zaznavanje ključnih parametrov,
pomembnih za kakovost in varnost hrane, vključno s koncentracijo sladkorja, pH vrednostjo,
rastjo bakterij in izpostavljenostjo visokim temperaturam.
Vendar pa praktične omejitve mikrolaserjev iz tekočih kapljic, ki delujejo nad pragom
laserskega delovanja – kot so potreba po pulznem vzbujanju, nestabilnost tekočih kapljic
in omejena prilagodljivost izdelave – kažejo, da so trdni mikroresonatorji, ki delujejo v
načinu zveznega vzbujanja, primernejši z vidika praktične uporabe. Ti trdni mikroresonatorji
zagotavljajo izboljšano mehansko stabilnost ter nizkocenovno in razširljivo izdelavo.
Pomembno je, da so mikrolaserji in mikroresonatorji, razviti v tej študiji, popolnoma varni
za uživanje, ne spreminjajo videza ali okusa hrane ter so okolju prijazni. Če povzamemo,
to delo vzpostavlja celovito zasnovo za popolnoma užitno optično označevanje in zaznavanje.
Razviti koncepti presegajo področje hrane in tržnih izdelkov in se lahko uporabljajo
tudi v farmacevtski industriji, kozmetiki, kmetijstvu in drugih potrošnih izdelkih z visoko
vrednostjo, kar omogoča nove strategije za varno avtentikacijo, sledljivost in spremljanje
svežine neposredno znotraj izdelka samega.