西安光机所在手性光与物质相互作用研究方面取得进展

西安光学精密机械研究所（西安光机所）的瞬态光学研究室在手性光与物质相互作用的研究上取得了新的突破。该团队成功将光学牵引效应与手性光与物质的相互作用相结合，开发出一种全光学、高通量的手性物质分选方法。这项创新技术能够在一个系统中同时实现两种对映体的空间分离以及长距离的负向输运。

手性是指物体无法通过移动和旋转与其镜像完全重合的特性，这是生命和材料系统固有的几何特征。互为镜像的对映异构体，虽然分子构成相同，但由于空间构型不同，会表现出截然不同的生物活性。因此，开发高效、无损且高精度的手性检测与分离技术，一直是手性研究领域的重要目标。

近年来，手性光与物质相互作用领域的研究进展为解决这一问题提供了新思路。研究表明，光场能够对不同的对映体施加差异化的光学力，从而在单粒子尺度上实现手性识别和分选。然而，当前的光力分离研究大多局限于垂直于光轴的二维平面操控，并且常常需要借助微流控或人工微结构来辅助粒子输运，这导致系统复杂且应用场景受到限制。

为了克服这些局限，研究团队创造性地将光学牵引效应与手性光与物质的相互作用融合。他们提出了一种全光学、高通量的手性分选方法，该方法可以在一个集成系统中同步实现两种对映体的空间分离和长距离反向输运。

研究团队利用环形光束的紧聚焦特性构建了“光针”光场。这种光场在50λ的纵向深度内保持了高度均匀的强度，同时保留了入射光场的手性响应特征，能够选择性地捕获特定手性的微粒。由于手性匹配效应增强了前向动量散射，微粒在光学牵引下会沿着与入射光相反的方向运动，实现了三维长距离输运。

在此基础上，团队通过光瞳相位调制技术进一步构建了“双光针”光场。这两束光针分别携带相反的手性，能够同时高效地分离两种对映体并实现负向输运。此外，横向分离距离和纵向输运距离均可灵活调节。

通过基于过阻尼朗之万方程进行的流体环境下的粒子动力学模拟，研究证实了该光场体系产生的光学力足以克服粘性阻力和布朗运动的干扰。这项技术有望实现高通量的手性分选，在制药、生化传感以及纳米技术等领域具有重要的应用前景。

西安光机所的副研究员李曼曼解释说，手性分子就像人的左右手，外观相似但无法完全重叠。它们互为镜像，被称为对映体。对映体的物理和化学性质几乎相同，但生物活性却可能差异巨大。在许多手性药物中，只有一种对映体具有治疗效果，而另一种则无效甚至可能产生毒副作用。如何高效、精确地分离这对“镜像分子”，一直是手性研究领域面临的关键挑战。

李曼曼进一步阐述：“我们利用‘光针’扮演‘光学之手’的角色，不仅能够依据手性差异精确识别特定的微粒，还能像‘倒车牵引’一样反向拖动微粒。通过进一步构建‘双光针’结构，我们相当于在微观空间铺设了两条平行的光学通道，可以同时分选两种对映体，从而搭建起一套全光学调控的微观智能分拣流水线。”