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）的科研人员在手性光与物质相互作用的研究领域取得了新的突破。该所瞬态光学研究室的团队将光学牵引效应与手性光物质相互作用巧妙结合，开发出一种全光、高通量的手性分离新方法。这项技术能够在同一个系统中，同时实现两种对映体的空间分离以及长距离的逆向传输。

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，这是生命体和材料体系固有的几何属性。对映异构体虽然化学式相同，但由于三维空间构型的不同，其生物活性可能存在显著差异。因此，开发高效、无损且高精度的手性识别和分离技术，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的前沿研究为解决这一难题提供了新的途径：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和分选。然而，当前的光力分离研究多局限于垂直于光轴的二维平面操控，并且通常需要借助微流控系统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限。

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物质相互作用，提出了一种全光、高通量的手性分选方案。该方案能够在单一设备中，同步完成两种对映体的空间分离和长距离逆向输运。

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50个波长（λ）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，实现了三维的长距离传输。

在此基础上，团队进一步通过光瞳相位调制技术，构建了“双光针”光场。这两束光针分别携带相反的手性信息，能够同时对两种对映体进行高效分离和逆向输运。并且，无论是在横向分离距离还是纵向输运距离上，都具备灵活可调的优势。

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，研究证实了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、生物传感以及纳米技术等领域展现出重要的应用潜力。

西安光机所的李曼曼副研究员解释说，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。虽然对映体的物理化学性质基本相同，但它们的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’，它不仅能依据手性差异精准识别特定的微粒，还能像‘倒车牵引’一样将微粒逆向拉动。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，从而搭建了一个全光调控的微观智能分拣流水线。”