中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院(簡稱「深圳先進院」)9日發(fā)布消息稱，該院醫(yī)工所智能醫(yī)用材料與器械研究中心杜學(xué)敏研究員團隊自主研製出了新型光-電鑷原型系統(tǒng)(Photopyroelectric tweezer，PPT)，可實現(xiàn)對不同材質(zhì)、相態(tài)和形狀物體的非接觸、跨尺度、普適、多功能操控。
在過去幾十年裏，有多次諾貝爾獎與光鑷操控技術(shù)相關(guān)。但傳統(tǒng)光鑷面臨著系統(tǒng)複雜、光損傷、操控作用力小、操控顆粒範(fàn)圍窄、僅適用於透明物體等諸多挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙其實際應(yīng)用。
深圳先進院研製的該光-電鑷能採用比傳統(tǒng)光鑷小7個數(shù)量級的光強，產(chǎn)生比傳統(tǒng)光鑷大7個數(shù)量級的操控作用力，進而成功實現(xiàn)體積範(fàn)圍跨越10個數(shù)量級的液滴(1皮升至10毫升)操控，並實現(xiàn)細(xì)胞離子通道、單個細(xì)胞到細(xì)胞聚集體的不同尺度操控，為微型機器人、類器官、組織工程和神經(jīng)調(diào)控等重點前沿科技領(lǐng)域研究提供全新工具和方法，其應(yīng)用前景廣闊。
據(jù)了解，杜學(xué)敏團隊從2016年開始在光-電智能材料和靜電鑷領(lǐng)域開展研究工作，基於前期工作基礎(chǔ)，研究團隊開發(fā)出全新的光-電鑷。該光-電鑷由兩個核心元素組成：近紅外激光光源和光-電轉(zhuǎn)換器。
實驗結(jié)果表明，研發(fā)團隊提出的新型光-電鑷展現(xiàn)出了卓越、穩(wěn)定的光電轉(zhuǎn)換性能，僅需每平方毫米2毫瓦的光照強度下即可產(chǎn)生0.26伏的表面電勢，光照強度增加可增強光-電場，即便將表面介質(zhì)厚度改變範(fàn)圍為1厘米至10厘米，電導(dǎo)率調(diào)整範(fàn)圍為1.16毫西門子每厘米至91毫西門子每厘米，其光電性能仍能保持有效。
「傳統(tǒng)的光鑷需要的光強度較高，大約為每平方毫米一千萬毫瓦，會存在光損傷的問題，在微觀尺度的調(diào)控可能會灼傷甚至殺死細(xì)胞。相比之下，新型光-電鑷所需要的光照強度很低，通過高性能的光-電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的介電泳力操控物體，以避免光強度對生物樣本的損傷。」杜學(xué)敏說。
值得關(guān)注的是，相比傳統(tǒng)的光鑷，該光-電鑷所需光照強度低7個數(shù)量級，卻能產(chǎn)生操控力高7個數(shù)量級，成功實現(xiàn)了不同材質(zhì)(聚合物、無機物和金屬)、不同相態(tài)(氣泡、液體和固體)、不同形狀(球體、長方體、螺旋線)和活魚卵等物體的非接觸、普適性、程序化操控。
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