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研究手性光与物质的相互作用方面取得了新的突破。该研究团队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、高通量的手性分离新方法。这项技术能够在单个系统中同时将两种对映体在空间上分开，并实现长距离的反向传输。

手性是指一个物体无法通过平移和旋转与其镜像完全重合的性质，这是生命体和材料体系的基本几何特征。对映异构体虽然分子构成相同，但由于空间构型不同，它们表现出的生物活性也大相径庭。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关键目标。

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问题提供了新思路：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作，并且通常需要借助微流控或人工微结构来辅助粒子传输，这使得系统复杂且应用场景受到限制。

为了克服这些挑战，研究团队创造性地融合了光学牵引效应和手性光与物质的相互作用，提出了一种全光、高通量的手性分选技术。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以及长距离的反向输运。

研究团队通过对环形光束进行紧聚焦，构建了“光针”光场。这种光场在50λ的深度内保持高度均匀的强度，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逆着入射光的方向运动，实现了三维的长距离传输。

在此基础上，研究团队进一步通过光瞳相位调制技术构建了“双光针”光场。这两束光针携带相反的手性，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进行的流体环境下的粒子动力学模拟，研究证实该光场系统产生的光学力足以克服黏性阻力和布朗运动的干扰，有望实现高通量的手性分选，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，虽然形状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一致，但它们的生物活性却可能差异巨大。例如，在许多手性药物中，只有一种对映体具有治疗效果，而另一种则无效甚至可能产生毒副作用。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。

李曼曼进一步阐述：“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。我们还进一步构建了‘双光针’结构，这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，从而建立了一个全光调控的微观智能分拣流水线。”