Detecting single viruses and nanoparticles using whispering gallery microlasers

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作者
Lina He,Şahin Kaya Özdemir,Jian‐Gang Zhu,Woosung Kim,Lan Yang
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:6 (7): 428-432 被引量:658
标识
DOI:10.1038/nnano.2011.99
摘要

Detection and characterization of individual nano-scale particles, virions, and pathogens are of paramount importance to human health, homeland security, diagnostic and environmental monitoring[1]. There is a strong demand for high-resolution, portable, and cost-effective systems to make label-free detection and measurement of individual nanoparticles, molecules, and viruses [2-6]. Here, we report an easily accessible, real-time and label-free detection method with single nanoparticle resolution that surpasses detection limit of existing micro- and nano-photonic devices. This is achieved by using an ultra-narrow linewidth whispering gallery microlaser, whose lasing line undergoes frequency splitting upon the binding of individual nano-objects. We demonstrate detection of polystyrene and gold nanoparticles as small as 15 nm and 10 nm in radius, respectively, and Influenza A virions by monitoring changes in self-heterodyning beat note of the split lasing modes. Experiments are performed in both air and aqueous environment. The built-in self-heterodyne interferometric method achieved in a microlaser provides a self-reference scheme with extraordinary sensitivity [7,8], and paves the way for detection and spectroscopy of nano-scale objects using micro- and nano-lasers.
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