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。该方法能够在单个系统中同时实现两种对映异构体在空间上的分离以及长距离的反向传输。

手性是一种几何特性，指的是物体无法通过平移和旋转与其镜像完全重合，这种特性普遍存在于生命和材料体系中。对映异构体虽然分子式相同，但由于空间构型上的差异，它们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关注的重点。

近年来，手性光与物质相互作用研究的进展为该领域带来了新的思路，即利用光场对不同对映体施加不同的光学力，从而在单粒子尺度上实现手性识别与分选。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，并且通常需要借助微流控或人工微结构来辅助粒子输运，这使得系统变得复杂且应用场景受到限制。

为了克服这些挑战，研究团队创新性地融合了光学牵引效应和手性光物质相互作用，提出了一种全光学、高通量的手性分选新方法，能够在同一系统中同时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技术构建了“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，并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逆着入射光的方向运动，实现了三维长距离的传输。

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。这两束光针各自携带相反的手性，能够同时对两种对映体进行高效分离和反向输运。此外，横向分离距离和纵向传输距离都可以根据需要进行灵活调整。

通过基于过阻尼朗之万方程进行的流体环境粒子动力学模拟，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，有望实现高通量的手性分选。这项研究在制药、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，外观相似但无法完全重叠，它们互为镜像，被称为对映体。虽然对映体的物理化学性质几乎相同，但它们的生物活性却可能存在巨大差异。在许多手性药物中，只有一种对映体具有治疗效果，而另一种可能无效甚至产生毒副作用。因此，如何高效且精确地分离这对“镜像分子”，一直是手性研究领域面临的关键难题。

李曼曼进一步介绍：“我们利用‘光针’作为‘光学之手’，它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。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，能够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。”