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）的瞬态光学研究室近期在手性光与物质相互作用的研究上取得了新的突破。该团队成功地将光学牵引效应与手性光物质相互作用相结合，开发出一种全光学、高通量的手性物质分选方法。这项技术能够在同一系统中实现两种对映体的空间分离以及长距离的负向传输。

手性是指物体无法通过平移和旋转与其镜像完全重合的特性，这是生命体和材料体系中普遍存在的几何特征。对映异构体虽然分子式相同，但由于空间构型不同，其生物活性可能存在显著差异。因此，开发高效、无损且高精度的手性检测和分离技术，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。例如，光场可以对不同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，目前的光力分离研究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，这使得整个系统变得复杂且应用场景受限。

为了克服这些挑战，研究团队采用了创新的方法，将光学牵引效应与手性光与物质相互作用相结合，提出了一种全光学、高通量的手性分选技术。该技术能够在单一系统中同时实现两种对映体的空间分离和长距离负向输运。

研究团队利用环形光束的紧聚焦技术构建了“光针”光场。这种光场在50λ的深度范围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性，能够选择性地捕获特定手性的微粒。由于手性匹配增强了前向动量散射效应，微粒在光学牵引作用下会逆着入射光的方向运动，实现了三维长距离输运。

在此基础上，研究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，可以同时对两种对映体进行高效分离和负向输运。此外，横向分离距离和纵向输运距离均可灵活调控。

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，研究团队证实了该光场体系产生的光学力足以克服黏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，并在制药、生化传感以及纳米技术等领域展现出重要的应用前景。

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，虽然外形相似但无法完全重合，它们互为镜像，被称为对映体。对映体的物理化学性质几乎相同，但生物活性可能截然不同。许多手性药物中，只有一种对映体具有药效，而另一种可能无效甚至产生毒副作用。因此，如何高效精准地分离这对“镜像分子”一直是手性研究领域面临的核心难题。

李曼曼进一步介绍说，研究团队利用“光针”作为“光学之手”，不仅能根据手性差异精确识别特定微粒，还能像“倒车牵引”一样逆向拉动微粒。通过进一步构建“双光针”结构，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，从而构建了一个全光学调控的微观智能分拣流水线。