Biokompatibilni mikro laserji kot senzorji koncentracije glukoze in temperatureDobravec, Anja (Avtor) Humar, Matjaž (Mentor) laserWhispering Gallery ModeBraggov uklonfotonski kristalholesterični tekoči kristalifluorescencasenzorglukozatemperaturaV zadnjih letih se vedno več študij ukvarja z bio laserji, ki so namenjeni uporabi znotraj bioloških sistemov. Sipanje in absorpcija svetlobe znotraj tkiv sta glavni problem pri detekciji svetlobe. Zato imajo laserji v primerjavi s fluorescenco veliko prednosti; glavne lastnosti laserske svetlobe so ozke emisijske črte, visoka koherenca in velika intenziteta. Glavna motivacija tega magistrskega dela je bila študija potencialno možnih aplikacij biokompatibilnih mikro laserjev za namen biosenzorike. Mikro laserje lahko vgradimo v biološko tkivo in merimo fiziološke parametre, kot sta koncentracija glukoze in temperatura, v realnem času. Za namene biosenzorike znotraj bioloških tkiv je potrebno razviti laserje iz biokompatibilnih snovi, ki so tudi biorazgradljive. Biokompatibilna snov ne povzroči imunskih reakcij in omogoča nemoteno delovanje telesa. Hkrati morajo biti laserji dovolj občutljivi na zunanje spremembe, ki so v območju fizioloških vrednosti. Razvili smo postopek izdelave mikro laserjev iz biokompatibilnih materialov, ki so tudi biorazgradljivi in dovoljeni za uporabo v medicinske namene. Vsak laser ima tri glavne sestavne dele: optični resonator, ki ujame svetlobo, ojačevalni medij, ki ojačuje svetlobo v resonatorju in črpalni mehanizem, ki ustvarja obrnjeno zasedenost v ojačevalnem mediju. Izdelali smo dva tipa mikro laserjev glede na način delovanja. Prvi tip je Whispering Gallery Mode (WGM) mikro laser. Izdelan je iz biokompatibilnega polimera Poly(L-lactic acid) (PLLA), dopiranega s fluorescentnim barvilom. Drugi tip mikro laserja je Braggov mikro laser, izdelan iz holesteričnih tekočih kristalov, estrov holesterola, ki so že naravno prisotni v človeškem telesu, in dopiran s fluorescentnim barvilom. Najprej smo predstavili lastnosti delovanja klasičnih laserjev, ključne lastnosti WGM in Braggovih resonatorjev ter princip njihovega delovanja. WGM mikro laserji temeljijo na večkratnem popolnem odboju svetlobe znotraj resonatorja, ki je dielektrična sfera, katere lomni količnik je večji od lomnega količnika v okoliškem mediju. Braggovi mikro laserji se zaradi samo urejene periodične strukture obnašajo kot fotonski kristali s prepovedanim pasom za fotone. Svetloba se selektivno odbija na periodični strukturi v skladu z Braggovim zakonom. V drugem delu smo natančno opisali materiale in postopke izdelave mikro laserjev ter eksperimentalne metode, ki smo jih uporabili. V tretjem delu so predstavljeni rezultati in diskusija. Demonstrirali smo lasersko delovanje WGM mikro laserja znotraj biološkega tkiva na globini $\mathrm{\sim 100\ \mu m}$. Testirali smo možnosti uporabe biokompatibilnih WGM mikro laserjev kot senzorjev spremembe lomnega količnika okoliškega medija in posledično koncentracije glukoze. Pri tem smo naleteli na težave in eksperimentalne omejitve, ki smo jih predstavili. Rezultati so dokaj obetavni, vendar bo potrebno razrešiti še nekaj eksperimentalnih problemov. Holesterične mikro laserje smo uporabili kot senzorje temperature. Izkazali so se kot zelo stabilen senzor temperature, saj so ti mikro laserji manj občutljivi na ostale zunanje dejavnike.20182018-09-30 07:45:38Magistrsko delo/naloga104001sl