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上取得了新的突破。研究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、高通量的手性分离方法。该方法能够在同一系统中同时实现两种对映异构体的空间分离和远距离反向传输。

手性是指物体与其镜像无法通过平移和旋转完全重合的特性，这是生命和材料体系固有的几何特征。虽然互为镜像的对映异构体分子式相同，但其空间构型差异导致了截然不同的生物活性。因此，开发高效、无损、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进展为这一挑战提供了新思路：光场可以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，这使得系统复杂且应用场景受到限制。

为了克服这些难题，研究团队创新性地融合了光学牵引效应与手性光物质相互作用，设计出一种全光控、高通量的手性分选技术，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。

研究团队利用环形光束的紧聚焦特性构建了“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，微粒在光学牵引作用下会逆着光入射方向运动，实现了三维的长距离输运。

在此基础上，研究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，能够同时对两种对映体进行高效分离和反向输运。其横向分离距离和纵向输运距离均可灵活调控。

通过基于过阻尼朗之万方程的流体环境粒子动力学模拟，研究结果表明，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。这项技术在制药、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，但生物活性却可能截然不同。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，如何高效精准地分离这对“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’，它不仅能根据手性差异精准识别特定微粒，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，相当于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，构建了一套全光学调控的微观智能分拣流水线。”

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