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手性光与物质相互作用领域取得了新的研究成果。该团队成功将光学牵引效应与手性光物质相互作用结合，提出了一种全光、高通量的手性分离方法。该方法能够在同一系统中实现两种对映体的空间分离和长距离逆向传输。

手性是指物体无法通过平移和旋转与其镜像完全重合的几何特性，这是生命和材料体系固有的特征。两种互为镜像的对映异构体，尽管分子式相同，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的思路。研究表明，光场能够对不同对映体施加差异化的光学力，从而实现单粒子尺度下的手性识别与分选。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，并且通常需要借助微流控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，研究团队创造性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、高通量的手性分选技术。这项技术能够在单一系统中同步实现两种对映体的空间分离和长距离逆向输运。

该团队利用环形光束的紧聚焦技术构建了“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，从而实现了三维长距离的输运。

在此基础上，研究团队通过光瞳相位调制技术进一步构建了“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进行高效分离和逆向输运。此外，横向分离距离和纵向输运距离都可以进行灵活的调节。

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。该技术有望实现高通量的手性分选，在制药、生化传感以及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，外观相似但无法完全重合。它们是彼此的镜像，被称为对映体。虽然对映体的物理化学性质基本相同，但其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疗效，而另一种可能无效甚至产生毒副作用。因此，如何高效且精确地分离这对“镜像分子”，一直是手性研究领域的核心难题。

李曼曼进一步介绍道：“我们利用‘光针’作为‘光学之手’，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。通过进一步构建‘双光针’结构，我们相当于在微观空间铺设了两条平行的光学通道，能够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。”