中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與新加坡國(guó)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(gè)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(duì)微觀粒子動(dòng)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(lái)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(guó)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(dòng)量傳遞，可以對(duì)單個(gè)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(chǎng)的三維自旋角動(dòng)量調(diào)控方法，并建立了入射光場(chǎng)局部偏振螺旋度與聚焦光場(chǎng)自旋角動(dòng)量之間的定量方程。基于這些理論成果，他們提出了一個(gè)創(chuàng)新的技術(shù)方案，通過(guò)單個(gè)調(diào)制光束實(shí)現(xiàn)時(shí)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(shí)間進(jìn)行連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(duì)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(dòng)的同時(shí)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(duì)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(lái)了新的應(yīng)用前景。

這一研究成果已于近日在國(guó)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(guò)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。