DNA 是人类和其他生物体所有细胞核中的遗传物质。除了在生物学中的重要性外，DNA 在控制许多物理设备方面也发挥了特殊作用。最近，新加坡南洋理工大学的一个国际研究团队利用有机生物分子 DNA 杂交过程展示了可切换微激光的概念。

迄今为止，可切换微激光器的进步已经成为在控制光-物质相互作用和集成光子学方面具有巨大潜力的基石。通常，光开关是通过复杂的器件制造或一些物理方法来实现的，例如修改激光腔的结构或折射率。与人工设计的界面相反，刺激响应生物界面利用生物系统和生物识别，从而可以在纳米尺度上实现更高水平的功能。尽管如此，通过生物识别切换激光发射还有待解决，特别是在宽光谱范围内具有可逆性和波长可调性。

为了解决这个问题，Chen 的团队开发了一种通过在光学微腔中加入 DNA 来切换激光发射的新方法。DNA 是最有效的生物材料之一，以其可控合成和碱基对相互作用的特异性而闻名。DNA 结构的可编程性和自组装为构建 DNA 生物界面和定制光学响应提供了多种方法。Fabry-Perot 光学微腔由两个介电镜组成，其中引入了掺杂染料的液晶作为光学增益以增强 DNA 结合事件的响应。

因此，由微腔引起的强光-物质相互作用能够在腔和液晶矩阵内放大细微的变化。当单链 DNA (sDNA) 吸附在基质的阳离子单层上时，液晶分子从垂直排列变为平面排列。因此，LC 分子的取向变化导致激光波长蓝移，信号放大明显。通过 DNA 杂交过程，激光波长可以在与其互补部分结合后恢复。

“我们使用这种特殊的 DNA-液晶相互作用作为开关电源来改变法布里-珀罗微腔中的液晶取向，从而实现不同波长之间的激光发射切换，”该研究的通讯作者 Yu-Cheng Chen 教授说。相互作用导致激光波长和强度的时间切换。引入ssDNA后，激光波长出现蓝移。它在与其互补碱基杂交后恢复。实验和理论研究都表明，增益介质的吸收强度是决定激光位移行为的关键机制。

“这项研究的意义在于引入了使用有机生物分子来切换不同波长的相干光源的概念。它代表了实现生物控制激光的里程碑，”陈说。该团队认为，这项研究通过利用生物分子的复杂性和自我识别能力，揭示了亚纳米级可编程光子器件的开发。通过利用 DNA 序列的复杂性和自我识别能力，可以完全操纵和编程激光。特定分子识别的卓越能力可能适用于未来的信息编码和激光数据存储等应用。这项工作发表在ACS Nano.