中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)與新加坡國立大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)攜手，在光學(xué)微操控領(lǐng)域取得了重大突破。他們成功研發(fā)出一種創(chuàng)新的光學(xué)工具——單光束“三維光學(xué)扳手”，這一成果為微觀粒子的三維旋轉(zhuǎn)操控提供了新的可能性。
據(jù)了解，這一新型的光學(xué)扳手利用了單個聚焦的激光光束，能夠向微粒（例如細(xì)胞）施加三維可控的光力矩。這種技術(shù)不僅擴(kuò)展了光鑷技術(shù)的操控范圍，還實(shí)現(xiàn)了對微觀粒子動態(tài)可控的三維旋轉(zhuǎn)，為科研人員在細(xì)胞研究、光學(xué)傳感和微機(jī)器人等領(lǐng)域帶來了全新的工具。
光鑷技術(shù)，也被稱為“單光束梯度力阱”，是由美國科學(xué)家阿瑟·阿什金在1986年發(fā)明的。這種技術(shù)利用光的動量傳遞，可以對單個分子、病毒、細(xì)胞等微觀物體進(jìn)行抓取和操縱。然而，傳統(tǒng)的光鑷技術(shù)在施加旋轉(zhuǎn)扭矩方面存在局限性，通常只能沿著光軸方向進(jìn)行。
為了解決這一限制，研究團(tuán)隊(duì)深入探索了聚焦光場的三維自旋角動量調(diào)控方法，并建立了入射光場局部偏振螺旋度與聚焦光場自旋角動量之間的定量方程?；谶@些理論成果，他們提出了一個創(chuàng)新的技術(shù)方案，通過單個調(diào)制光束實(shí)現(xiàn)時變?nèi)S光扭矩。
這種調(diào)制的激光光束能夠向微粒施加任意方向的旋轉(zhuǎn)扭矩，使微粒能夠沿著指定的三維轉(zhuǎn)軸在不同時間進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這一技術(shù)被稱為“三維光學(xué)扳手”，因?yàn)樗粌H實(shí)現(xiàn)了對微粒的全自由度操控，還將光鑷技術(shù)的三維平移操控功能拓展到了三維平移與轉(zhuǎn)動的同時操控。
實(shí)驗(yàn)證明，這一新型的三維光學(xué)扳手已經(jīng)成功應(yīng)用于活體細(xì)胞的三維旋轉(zhuǎn)操控。這一突破性的技術(shù)成果不僅展示了激光對微粒操控的靈活性，還為細(xì)胞三維層析、光學(xué)傳感和微機(jī)器人等領(lǐng)域帶來了新的應(yīng)用前景。
這一研究成果已于近日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上發(fā)表。該論文詳細(xì)闡述了三維光學(xué)扳手的研發(fā)過程、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和應(yīng)用前景，為光學(xué)微操控領(lǐng)域的研究提供了新的思路和方向。
