西安光机所在手性光与物质相互作用研究方面取得进展

西安光机所的瞬态光学研究室近日在手性光与物质相互作用领域的研究中取得了新的突破。该团队通过将光学牵引效应与手性光物质相互作用相结合，提出了一种全光、高通量的手性分离新方法，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。

手性是一种几何特性，指物体无法通过平移和旋转与其镜像完全重合。虽然互为镜像的对映异构体分子式相同，但由于空间构型不同，它们会表现出显著不同的生物活性。因此，开发高效、无损且高精度的手性识别和分离技术一直是该研究领域的重要目标，就像在分析足球世界杯的各个队伍时，需要精确辨别出每个队员一样。

近年来，手性光与物质相互作用的前沿研究为这一挑战提供了新思路。光场能够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，这使得系统复杂且应用场景受限。

为了克服这些局限，研究团队创新性地融合了光学牵引效应与手性光物质相互作用，开发出一种全光的高通量手性分选技术。该技术能够在单个系统中同步完成两种对映体的空间分离以及长距离的反向输运。

该团队利用环形光束的紧聚焦效应构建了“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，并且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，实现了三维的长距离输运。

在此基础上，研究团队通过对光瞳相位进行调制，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，能够同时对两种对映体进行高效分离和反向输运，并且其横向分离距离和纵向输运距离都可以灵活调整。

通过基于过阻尼朗之万方程的流体动力学模拟，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，外观相似但无法重叠。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，但生物活性却可能截然不同。许多手性药物中，只有一种对映体具有药效，另一种可能无效甚至有害。因此，如何高效精确地分离这对“镜像分子”一直是手性研究的核心难题。

“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微粒，还能像‘倒车牵引’一样反向拉动微粒，”李曼曼补充道，“我们进一步构建了‘双光针’结构，这就像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，从而搭建了一个全光调控的微观智能分拣流水线。”