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  于2018年獲諾貝爾物理學獎的光鑷（OT）為物理、生物和材料科學等研究提供了顛覆性技術。在過去幾十年里，有多次諾貝爾獎與光鑷操控技術相關。傳統光鑷利用超強聚焦激光（~ 1×10⁷ mW mm^-2）產生的光梯度力（皮牛，~ 10^-12 N）來操控微納顆粒，但存在系統復雜、光損傷、作用力小、操控范圍窄、僅適用于透明物體等問題。新型光操控技術利用光響應性智能材料生成的溫度場、電場等，有效降低了傳統光鑷所需的光照強度，同時顯著增加了操控作用力，但這類技術仍面臨復雜系統、低靈活性、適應性差等關鍵難題，嚴重阻礙其實際應用。

  相關成果以“Photopyroelectric tweezer for versatile manipulation”為題，發表在國際期刊The Innovation （IF: 33.2）上。該光-電鑷基于鐵電高分子材料構建的光-電轉換器所產生光-電場，光強比傳統光鑷小7個數量級，但操控作用力比傳統光鑷大7個數量級，這使得它能成功操作體積范圍跨越10個數量級的液滴（1 pL~10 mL），并實現細胞離子通道、單個細胞到細胞聚集體的不同尺度操控，為微型機器人、類器官和神經調控等重點前沿科技領域研究提供全新工具和方法。

圖1 光-電鑷（PPT）的設計。（A-C）PPT操控系統包含近紅外激光光源和光-電轉換器，其中光-電轉換器由LMPs/P(VDF-TrFE)高分子薄膜、潤滑層和兩片PMMA封裝集成；（D）PPT在光照下能穩定輸出電壓；（E）隨著激光功率密度從2 mW mm²增加到111 mW mm²，輸出電壓從0.26 V增加到3.34 V；（F）光-電轉換能力隨表面介質厚度從1 cm增加到10 cm仍有效維持；（G）PPT可在非電導性介質中操縱5 μm的SiO₂顆粒、1 pL水滴和10 mL水滴；（H）PPT在導電性介質中操縱活魚卵（直徑1 mm）和程控1 mm直徑的塑料球。

圖2 PPT操控機制。（A-C）在非導電介質中，PPT操縱物體的受力F_e, x、F_e, y和F_e，z隨著L（輻照光斑中心到物體中心的 x 軸距離）的變化而變化；（D-F）在導電介質中，F_e，x和F_g決定物體運動動力學；（G）不同介電常數物體、物體在非導電介質和導電介質中的不同位置、不同導電率介質與物體運動速度間的關系。

圖3 PPT的跨尺度物體操控。（A）PPT可組裝水凝膠機器人，穿越迷宮，并在填充有硅油介質的封閉微流控芯片中運輸紅色固體貨物；（B，C）PPT微觀操控系統可編程地操控硅油介質中5 μm直徑的聚苯乙烯顆粒；（D，E）PPT操控物體的普適性及與相關技術對比的優越性。

圖4  PPT在機器人和生物醫學領域的應用。PPT可用于物體篩分、水凝膠珠組，且可以無創組裝HUVEC和MSC細胞，在細胞培養基中無創操控活的PC 12細胞。在細胞培養基中操控細胞離子通道，刺激細胞鈣流響應。

  文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675824001802

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