Cientistas Chineses e Suecos desenvolveram um laser feito com Amendoim e Bétula, biomateriais acessíveis e biodegradáveis, com ampla aplicação para a medicina e saúde.
A pesquisa foi publicada na Revista Nanophotonics.
O biolaser de amendoim e e bétula pertence à classe dos lasers aleatórios. Imagem gerada pelo Gemini: IA do Google.
A seguir veremos como esse novo laser funciona, e suas aplicações diretas na areas da saúde e medicina. Em texto, imagens e Vídeos.
Lasers estão revolucionando os diagnósticos e tratamentos na medicina, quais areas você já leu ou observou essas aplicações? Deixe seu comentário no final!
Amendoim e folhas de bétula: Base de um laser avançado para áreas de saúde e medicina
Físicos da Universidade de Umeå, em colaboração com pesquisadores na China, desenvolveram um laser feito inteiramente de biomateriais — folhas de bétula e grãos de amendoim.
O laser ecológico poderá se tornar uma ferramenta acessível e de baixo custo para diagnósticos e exames de imagem na área médica.
Contrastando frontalmente com os cristais, espelhos e semicondutores dos lasers tradicionais, usando materiais tóxicos, o laser ecológico tem várias vantagens, que poderão transformá-lo em uma ferramenta acessível e de baixo custo para diagnósticos e imagens médicas.
“Nosso estudo mostra que é possível criar tecnologia óptica avançada de forma simples, utilizando apenas materiais locais e renováveis”, afirma Jia Wang, professor associado do Departamento de Física da Universidade de Umeå e um dos autores do estudo.
A invenção deles representa um avanço na fotônica sustentável.
Ao utilizar materiais biológicos comuns em vez de compostos sintéticos ou metais tóxicos, a equipe criou um dispositivo que poderá um dia ser usado para iluminar tecidos durante exames de imagem ou até mesmo para detectar uma bolsa de grife falsificada.
Os pesquisadores mediram a energia necessária para fazer o biolaser emitir luz, e os resultados mostraram que ele funciona tão bem quanto lasers feitos com materiais tradicionais. [Imagem: Zhihao Huang et al. – 10.1515/nanoph-2025-0312]
O biolaser de amendoim e e bétula pertence à classe dos lasers aleatórios, um tipo de laser no qual a luz se dispersa muitas vezes dentro de um material desordenado, para então emergir como um feixe focalizado – e ele pode emergir em qualquer direção, algo que pode ser programado.
Além de um grande potencial de miniaturização, os lasers aleatórios, ou randômicos, são talhados para aplicações biomédicas, como na geração de imagens e na detecção de doenças, o que tem atraído para eles grande atenção da comunidade científica.
No entanto, os materiais convencionais para fabricar lasers aleatórios são frequentemente tóxicos, ou caros e complexos de produzir.
O amendoim e bétula são alimentos, além de baratos e amplamente disponíveis.
Usado um laser aleatório: dispersando fótons desordenado, e um brilho coerente sem cavidade óptica tradicional
Normalmente, os lasers são associados a feixes precisos e equipamentos de alta tecnologia. Mas o laser construído pela equipe de Wang funciona de maneira diferente.
Chamado de laser aleatório, ele gera luz dispersando fótons através de um material desordenado, produzindo, eventualmente, um brilho coerente sem a necessidade de uma cavidade óptica tradicional.
Processo de fabricação e fotoluminescência de R-CDs@Amendoim. (a) Diagrama esquemático do processo de fabricação de R-CDs@Amendoim. (b) Espectros de fluorescência da solução de R-CDs em etanol, R-CDs@Amendoim e amêndoa de amendoim. (c) Fotografias de R-CDs@Amendoim sob excitação de luz de 405 nm em diferentes superfícies (Superfície I a V). (d) Fotografias de R-CDs@Amendoim sob luz do dia em diferentes superfícies (Superfície I a V). [Imagem: Zhihao Huang et al. – 10.1515/nanoph-2025-0312]
Neste caso, o material desordenado é um grão de amendoim.
O meio de ganho do laser — a parte que de fato amplifica a luz — é feito de pontos de carbono derivados de folhas de bétula.
Essas nanopartículas, criadas por meio de um método simples de cozimento sob pressão, brilham em um vermelho intenso quando excitadas pela luz.
Ao injetar a solução de pontos de carbono em cubos de amendoim, os pesquisadores criaram um sistema de laser baseado em biomaterial, que denominaram R-CDs@Peanut.
Sob excitação de uma fonte de luz pulsada, o dispositivo emite um feixe de laser vermelho. Apesar de sua simplicidade, o desempenho do sistema se equipara ao de muitos lasers aleatórios sintéticos.
“A síntese dos pontos de carbono é simples e direta, essencialmente um processo de cozimento sob pressão em uma única etapa”, explicou Wang.
Eles produziram pontos de carbono em nanoescala a partir das folhas de bétula para servirem como meio de ganho e cortaram os grãos de amendoim em pequenos cubos cujas superfícies ásperas e irregulares ajudam a capturar e dispersar a luz.
Gráfico da área de excitação A versus limiar de laser da superfície R-CDs@Amendoim I (a) e III (b). (c) Diagrama esquemático do laser aleatório baseado no biomaterial R-CDs@Amendoim. (d) e (e) Micrografias ópticas das áreas de emissão laser em R-CDs@Amendoim sob diferentes potências de excitação. [Imagem: Zhihao Huang et al. – 10.1515/nanoph-2025-0312]
O laser em si ainda é alimentado por uma fonte de luz externa, mas as partes funcionais que dispersam e amplificam a luz são feitas inteiramente de biomateriais.
A estrutura interna irregular do amendoim — um labirinto natural de dobras, poros e paredes celulares — dispersa a luz o suficiente para produzir os circuitos de retroalimentação essenciais para a emissão laser aleatória.
Em vez de depender de tecnologia complexa, a microestrutura natural do grão de amendoim realiza a função por si só.
O dispositivo resultante é biodegradável, atóxico e incrivelmente barato.
Comprimento de onda longo, vermelho, adequada para imagens biomédicas, penetra melhor nos tecidos
A luz vermelha, com seus longos comprimentos de onda, é especialmente adequada para imagens biomédicas porque penetra nos tecidos mais profundamente do que outras cores.
Acima: O laser aleatório baseado em biomaterial quando ativado. Abaixo: O mesmo laser visto à luz do dia. Crédito: Zhihao Huang
E como os pontos de carbono evitam a fototoxicidade severa e a complexidade dos materiais sintéticos de ganho, o laser é suave o suficiente para tecidos vivos.
A microscopia revelou o quão adequado o grão de amendoim é como suporte. Imagens de microscopia eletrônica de varredura mostraram uma superfície rugosa e desordenada, repleta de microporos.
Isso é ideal para refletir a luz em trajetórias aleatórias e criar os circuitos de retroalimentação necessários para a emissão de laser.
Embora as implicações para o diagnóstico médico sejam claras, os pesquisadores também veem potencial em outros domínios.
“O potencial deste laser aleatório baseado em biomateriais vai além da bioimagem e do diagnóstico”, disse Wang. “Dado o seu baixo custo, renovabilidade e segurança, ele também poderia ser desenvolvido como uma etiqueta óptica para autenticar documentos de alto valor, bens de luxo e dispositivos eletrônicos”.
Folhas de bétula. Crédito: Wikimedia Commons
Cada laser possui uma “impressão digital” espectral única, baseada na microestrutura natural do amendoim. Essa característica poderia ser aproveitada para criar marcadores ópticos seguros e difíceis de clonar para tecnologias de autenticação.
Diferentemente dos lasers convencionais, o laser à base de amendoim emite luz difusa, o que ajuda a eliminar o ruído de speckle que prejudica a imagem de alta resolução.
Isso o torna especialmente promissor para tecnologias em que a clareza e a uniformidade da luz são essenciais, como a obtenção de imagens de tecidos, a digitalização da pele ou a análise de amostras celulares.
E, ao contrário dos materiais sintéticos, esses componentes orgânicos se decompõem facilmente e não representam nenhuma ameaça ambiental.
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