西安光机所9日发布消息，其瞬态光学研究室在手性光与物质相互作用研究领域取得了新的突破。研究团队通过将光学牵引效应与手性光与物质的相互作用相结合，开发出一种全光、高通量的手性分选新方法。该方法能够在同一系统中，同时实现两种对映体的空间分离以及长距离的负向输运。
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中普遍存在的几何特征。对映异构体虽然分子式相同，但由于空间构型的差异，其生物活性可能截然不同。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研究进展为解决这一问题提供了新思路。光场能够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大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，导致系统复杂且应用场景受限。
为了克服这些挑战，研究团队创新性地将光学牵引效应与手性光与物质的相互作用结合起来，提出了一种全光、高通量的手性分选方法，可以在单一系统中同时实现两种对映体的空间分离和长距离负向输运。
研究团队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的纵向深度内保持高度均匀的强度，并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逆着入射光的方向运动，从而实现三维长距离输运。
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负向输运，并且其横向分离距离和纵向输运距离都可以灵活调控。
通过基于过阻尼朗之万方程的流体环境下粒子动力学模拟证实，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，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。尽管对映体的物理化学性质几乎相同，但它们的生物活性却可能大相径庭。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面临的核心难题。
“我们利用‘光针’作为‘光学之手’，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’一样逆向拉动微粒，”李曼曼介绍道，“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。”