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（简称西安光机所）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。该团队成功地将光学牵引效应与手性光与物质的相互作用相结合，提出了一种全光学、高通量的手性分离新方法。该方法能够在同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传输。

手性是指物体无法通过平移和旋转使其自身与其镜像完全重合，这是生命体和材料体系中普遍存在的几何特性。对映异构体虽然分子式相同，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这一目标提供了新的思路。光场能够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技术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，研究团队创新性地融合了光学牵引效应与手性光与物质的相互作用，提出了一种全光学、高通量的手性分离技术。这项技术能够在单个系统中同步实现两种对映体的空间分离以及长距离的反向输运。

研究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的纵向深度内保持着高度均匀的强度，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。由于手性匹配带来的前向动量散射增强效应，微粒在光学牵引的作用下会逆着光入射的方向运动，从而实现三维的长距离输运。

在此基础上，研究团队通过对光瞳进行相位调制，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负向输运。并且，其横向分离距离和纵向输运距离都可以进行灵活的调控。

通过基于过阻尼朗之万方程在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和布朗运动的干扰。这表明该技术有望实现高通量的手性分选，并在制药、生化传感和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，虽然外形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，而另一种则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核心难题。

“我们利用‘光针’作为‘光学之手’，不仅能够根据手性差异精准识别特定的微粒，还能像‘倒车牵引’一样反向拉动微粒。我们进一步构建了‘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，构建了一个全光学调控的微观智能分拣流水线。”李曼曼补充道。