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。该团队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、高通量的手性物质分选方法。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和长距离反向输运，这对于需要精准分离手性物质的领域，例如药物研发，具有重要意义。

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属性。虽然两种互为镜像的对映异构体拥有相同的分子式，但由于空间构型不同，它们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进展为这一挑战提供了新的思路：光场可以对不同的对映体施加不同的光学力，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设备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。

为了克服这些局限，研究团队创新性地整合了光学牵引效应与手性光物质相互作用，提出了一种全光的高通量手性分选技术。该技术能够在单个系统中同步实现两种对映体的空间分离和长距离反向输运。

研究团队通过聚焦环形光束构建了“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，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效应，微粒在光学牵引的作用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，团队进一步通过光瞳相位调制构建了“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，并且横向分离距离和纵向输运距离均可灵活调节。

通过对过阻尼朗之万方程进行计算，研究团队在模拟的流体环境中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、生化传感和纳米技术等领域展现出重要的应用潜力，就像在进行一场精密的手性物质世界杯直播。

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，虽然外形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，但生物活性却可能存在巨大差异。例如，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，如何高效且精准地分离这对“镜像分子”，一直是手性研究领域的核心难题。

李曼曼进一步阐述：“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微粒，还能像‘倒车牵引’一样反向拉动微粒。更进一步，我们构建了‘双光针’结构，这相当于在微观空间铺设了两条并行的光学通道，能够同时分选两种对映体，从而搭建起一套全光控的微观智能分拣流水线。”