近日，同濟(jì)大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院王占山教授、程鑫彬教授團(tuán)隊的施宇智教授和張卉教授聯(lián)合新加坡國立大學(xué)仇成偉教授，共同深入探討并梳理了近些年來各種光學(xué)分選尤其是光鑷分選技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)、基本原理以及重要研究進(jìn)展，并緊密把握前沿方向，深入探討了光鑷及新型光學(xué)效應(yīng)與技術(shù)在分選領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果以“Optical sorting: past, present and future”為題發(fā)表于光學(xué)期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》（Light: Science & Applications）。

顆粒分選在化學(xué)催化、藥物釋放等許多領(lǐng)域具有重要意義。納米顆粒的尺寸和形狀差異直接影響其性能，尤其是手性藥物的毒性與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。光學(xué)分選技術(shù)通過整合光力（如光輻射壓力、光梯度力、光牽引力和光橫向力）與微流體、人工智能（AI）、成像、免疫測定等技術(shù)，顯著提升了分選效率和精度。該綜述將光學(xué)分選技術(shù)分為主動和被動兩類（圖1），并詳細(xì)分析了其原理以及未來研究的方向，為研究人員提供了有價值的研究思路。

圖1、微納米顆粒光學(xué)分選原理總覽

主動光學(xué)分選利用可移動光鑷結(jié)合外部信號（如熒光、拉曼信號、機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等），實現(xiàn)對顆粒運動的精確控制。被動光學(xué)分選則基于顆粒對光場的不同響應(yīng)，自動完成分選。文章還探討了超表面技術(shù)、多極子效應(yīng)和拓?fù)涔鈱W(xué)效應(yīng)在提升分選精度、分辨率和選擇性方面的能力。

盡管光學(xué)分選技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，但仍面臨分選速度慢、高濃度樣品處理困難等挑戰(zhàn)。未來，通過設(shè)計特殊光場、優(yōu)化AI算法及集成輔助技術(shù)，有望突破光學(xué)分選方法的極限，實現(xiàn)更快、更高效的多物種分選和細(xì)胞形態(tài)研究（圖2）。預(yù)計未來將涌現(xiàn)更多納米級精度光學(xué)分選設(shè)備，廣泛部署于研究所和醫(yī)院，快速處理藥物分子、病毒和外泌體等樣品。

圖2、光學(xué)分選未來發(fā)展方向

同濟(jì)大學(xué)施宇智教授、新加坡國立大學(xué)仇成偉教授、同濟(jì)大學(xué)張卉教授和程鑫彬教授為論文共同通訊作者，同濟(jì)大學(xué)碩士生楊萌和施宇智教授為論文共同第一作者。其他作出突出貢獻(xiàn)的作者還包括：同濟(jì)大學(xué)王占山教授、魏澤勇長聘副教授和頓雄長聘副教授，清華大學(xué)宋清華副教授和電子科技大學(xué)王志明教授。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-024-01734-5