麻省理工学院开发新型光镊，能在更远距离抓取细胞

近日，麻省理工学院电子研究实验室（RLE）的一个项目开发出了一种新型光学镊子设计，有助于将这种操纵技术用于新的研究领域。光镊背后的原理是利用聚焦激光器产生的强度梯度，这种梯度能够在聚焦点捕获小体积物质。

然而，将这一原理应用于临床仍面临挑战。脆弱的生物样本在激光的作用下会受到热损伤，而仪器平台本身也需要笨重的显微镜装置。现在，硅光子技术的进步可以将不同的光学元件集成到一个芯片上，这有助于降低光镊设备的复杂性。但迄今为止，这种集成概念的演示仅限于微米级的小间距。

基于芯片的“牵引光束 ”利用高度集中的光束捕捉和操纵生物微粒而不损伤细胞，可帮助生物学家研究疾病的机理

硅光子学的进步现在可以将不同的光学元件集成到单个芯片上，这有助于降低光镊设备的复杂性。但迄今为止，这种集成概念的演示仅限于微米级的小距离。正如《自然-通讯》杂志所描述的，麻省理工学院的新突破涉及利用集成光学相控阵（OPA）演示光学捕获和镊取，这种集成光学相控阵能够从紧凑型硅光子芯片发射和控制任意自由空间辐射模式。

麻省理工学院的项目在其发表的论文中评论说，这种阵列“提供了一种很有前途的方法，可以将操作距离延长几个数量级，解决了使用蒸发场捕获模式对操作距离的基本限制。”

癌细胞受控变形
OPA技术包括一系列利用半导体制造工艺在芯片上制造的微型天线。通过电子控制每个天线发出的光信号，研究人员可以塑造和控制芯片发出的光束。

麻省理工学院指出，迄今为止，大多数集成OPA都是为激光雷达等远距离应用而设计的，并不打算产生光镊所需的紧密聚焦光束。但项目团队发现，通过为阵列中的每个天线创建特定的相位模式，实际上可以设计出更密集的聚焦发射。

通过改变输入波长，进而改变辐射天线的有效周期及其发射角度，就能控制发射焦斑的位置，这是光学镊合的一个重要部分。据麻省理工学院称，通过这种方法，聚焦光束可以在大于一毫米的范围内以微米级的精度进行转向。

麻省理工学院RLE成员Jelena Notaros说：利用硅光子技术，我们可以将这种大型、典型的实验室规模系统集成到芯片上。这为生物学家提供了一个很好的解决方案，因为它为他们提供了光学捕获和镊取功能，而不需要复杂的大体积光学装置。

在试验中，新的OPA方法被用于诱导小鼠淋巴母细胞的受控变形，这是首次使用单光束集成光学镊子证明了这一点。麻省理工学院的下一步工作包括改进该系统，使光束的焦距高度可调，同时将其应用于不同的生物系统，并同时使用多个捕获点。

“这项工作为基于芯片的光学镊子开辟了新的可能性，”Notaros评论道，“想想这项技术可能带来的不同应用，真是令人兴奋。”