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（Xi’an Institute of Optics and Precision Mechanics）的瞬态光学研究室近期在手性光与物质相互作用的研究上取得了显著进展。该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、高通量的手性分离新方法。这种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和长距离反向传输。

手性是指一个物体与其镜像无法通过平移和旋转完全重合的特性，它是生命体和材料体系固有的几何属性。互为镜像的对映异构体，虽然化学式相同，但由于其空间构型不同，会表现出截然不同的生物活性。因此，开发高效、无损且精度高的手性物质分离和检测技术，一直是该研究领域的核心目标。

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挑战提供了新思路。光场能够对不同的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离。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设备或人工微结构来辅助粒子输运，导致系统复杂且应用场景受到限制。

为了克服这些局限，研究团队创新性地将光学牵引效应与手性光与物质相互作用相结合。他们提出了一种全光的高通量手性分选方法，能够在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反向输运。

研究人员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，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，微粒在光学牵引力的作用下会逆着入射光的方向运动，实现了三维长距离的输运。

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”各自携带相反的手性，能够同时对两种对映体施加高效的分离和反向输运。此外，该方法在横向分离距离和纵向输运距离上都具备灵活可调的特性。

通过基于过阻尼朗之万方程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黏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、生化传感以及纳米技术等领域展现出重要的应用潜力。

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，虽然外观相似但无法完全重合。它们互为镜像，被称为对映体。对映体的物理化学性质非常相似，但生物活性却可能存在巨大差异。许多手性药物中，只有一种对映体具有药效，而另一种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关键难题。

李曼曼进一步介绍道：“我们利用‘光针’作为‘光学之手’，它不仅能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。我们还进一步构建了‘双光针’结构，就像在微观空间铺设了两条并行的光学通道，可以同时分选两种对映体，从而搭建了一套全光调控的微观智能分拣流水线。”