麻省理工学院的研究人员利用集成光学相控阵（OPA）技术，开发出一种集成光学镊子，类似于电影《星球大战》中捕捉千年隼号的“牵引光束”，该技术未来可能帮助生物学家和临床医生研究DNA、分类细胞及探索疾病机制。
这种设备小巧，能放在手掌中，通过硅光子芯片发出的光束在芯片表面几毫米之外操控颗粒。光束可以穿透用于生物实验的玻片，保持样本在无菌环境中。该技术首次在《自然通讯》杂志中展示，由该论文的通讯作者、电子工程与计算机科学系（EECS）助理教授Jelena Notaros博士领导的团队完成。研究表明，这项技术成功实现了聚苯乙烯微球和鼠类淋巴母细胞的光学捕捉和操控，标志着集成光学镊子的一种新应用方式的诞生。
传统的光学镊子使用聚焦光束捕捉和操控微小颗粒，光束的力量会将颗粒吸引到中心光点，并通过操控光束实现非接触式的粒子移动。然而，传统的光学镊子通常需要庞大的显微镜设备，限制了其应用范围和场合。而麻省理工学院的研究人员利用OPA技术，开发了一种新的光学镊子，可以在远离芯片表面的距离操控细胞，并使其保持在无菌环境中，克服了以往集成光学镊子只能在芯片表面附近操作的局限。
集成光学相控阵技术通过在芯片上制造微型天线阵列，以半导体工艺控制每个天线发出的光信号，从而实现对光束的精确操控。此前的相控阵技术主要用于激光雷达等长距离应用，而麻省理工团队则创新性地将其用于形成高度聚焦的光束，用于光学捕捉和操控微小颗粒。他们的实验成功地在距离芯片表面5毫米的高度捕捉并操控了聚苯乙烯微球，并进一步实现了对鼠类癌细胞的捕捉和操控。
研究团队表示，这项技术为集成光学镊子提供了前所未有的长距离操控能力，极大地提高了其在生物实验中的实用性和兼容性，尤其是对于DNA、蛋白质实验及细胞操作等方面的应用。未来，团队计划优化光束焦点高度的可调性，并将该设备应用于更复杂的生物系统中，通过多个捕捉点同时操控生物颗粒。
研究人员认为，这项工作为芯片级光学镊子开辟了新的可能性，使其能够在更大的距离上捕捉和操控细胞，预示着集成光学镊子技术在生物研究中的巨大潜力。
参考文献：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52273-x
编辑：王洪
排版：李丽
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