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领域取得了新的突破。该研究团队成功地将光学牵引效应与手性光和物质的相互作用结合起来，提出了一种全光、高通量的手性分离方法。这项技术能够在单个系统中同时实现两种对映体的空间分离以及长距离的反向输运。

手性是指一个物体与其镜像无法通过平移和旋转完全重合的特性，这是生命和材料系统固有的几何特征。两种互为镜像的对映异构体，尽管分子式相同，但由于空间构型的差异，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前沿研究为解决这一难题提供了新的思路。研究表明，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大多局限于围绕光轴的二维平面操控，并且常常需要借助微流控设备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。

为了克服这些挑战，研究团队创新性地整合了光学牵引效应和手性光与物质的相互作用，开发出一种全光、高通量的手性分选新方法。该方法能够在一个系统中同时完成两种对映体的空间分离和长距离的反向输运。

研究团队通过对环形光束进行紧聚焦，构建出“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，微粒在光学牵引下会沿着与入射光相反的方向运动，实现了三维长距离的输运。

在此基础上，研究团队进一步利用光瞳相位调制技术构建了“双光针”光场。这两束光针分别携带相反的手性，能够同时对两种对映体进行高效分离和反向输运。并且，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，研究证实该光场体系产生的光学力足以克服黏性阻力以及布朗运动的干扰，有望实现高通量的手性分选。这项技术在制药、生化传感和纳米技术等领域具有重要的应用潜力。

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基本相同，但生物活性可能存在巨大差异。例如，在许多手性药物中，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，如何高效精确地分离这对“镜像分子”一直是手性研究领域的关键难题。

李曼曼进一步介绍道：“我们利用‘光针’作为‘光学之手’，不仅能根据手性差异精确识别特定的微粒，还能像‘倒车牵引’一样反向拉动微粒。我们还进一步构建了‘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调控的微观智能分拣流水线。”