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。该团队将光学牵引效应与手性光物质相互作用巧妙结合，提出了一种全光学、高通量的手性物质分选新方法。该方法能够在同一个系统中，实现两种对映体的空间分离以及长距离的反向传输。

手性是指物体无法通过移动和旋转与其镜像完全重合的性质，这是生命和材料体系固有的几何特征。两种互为镜像的对映异构体，尽管具有相同的分子式，但由于空间构型不同，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。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，这使得系统变得复杂且应用场景受限。

为了克服这些挑战，研究团队别出心裁地将光学牵引效应与手性光与物质相互作用结合起来。他们提出了一种全光学、高通量的手性分选方法，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反向输运。

研究团队利用紧聚焦的环形光束构建了“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，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，从而实现三维长距离输运。

在此基础上，团队通过光瞳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，可以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都可以根据需要灵活调整。

通过基于过阻尼朗之万方程的流体环境粒子动力学模拟证实，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、生化传感以及纳米技术等领域具有重要的潜在应用价值。

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。对映体的物理化学性质几乎相同，但生物活性却差异巨大。许多手性药物中，只有一种对映体具有疗效，而另一种可能无效甚至产生毒副作用。因此，如何高效准确地分离这对“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’，它不仅能够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，从而构建了一套全光学调控的微观智能分拣流水线。”

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