物理科学与工程学院王占山和程鑫彬团队综述光学分选领域进展，成果发表于《光：科学与应用》

近日，同济大学物理科学与工程学院王占山教授、程鑫彬教授团队的施宇智教授和张卉教授联合新加坡国立大学仇成伟教授，共同深入探讨并梳理了近些年来各种光学分选尤其是光镊分选技术的发展脉络、基本原理以及重要研究进展，并紧密把握前沿方向，深入探讨了光镊及新型光学效应与技术在分选领域的应用潜力。相关研究成果以“Optical sorting: past, present and future”为题发表于光学期刊《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）。

颗粒分选在化学催化、药物释放等许多领域具有重要意义。纳米颗粒的尺寸和形状差异直接影响其性能，尤其是手性药物的毒性与其结构密切相关。光学分选技术通过整合光力（如光辐射压力、光梯度力、光牵引力和光横向力）与微流体、人工智能（AI）、成像、免疫测定等技术，显著提升了分选效率和精度。该综述将光学分选技术分为主动和被动两类（图1），并详细分析了其原理以及未来研究的方向，为研究人员提供了有价值的研究思路。

图1、微纳米颗粒光学分选原理总览

主动光学分选利用可移动光镊结合外部信号（如荧光、拉曼信号、机器学习数据等），实现对颗粒运动的精确控制。被动光学分选则基于颗粒对光场的不同响应，自动完成分选。文章还探讨了超表面技术、多极子效应和拓扑光学效应在提升分选精度、分辨率和选择性方面的能力。

尽管光学分选技术已广泛应用于多个领域，但仍面临分选速度慢、高浓度样品处理困难等挑战。未来，通过设计特殊光场、优化AI算法及集成辅助技术，有望突破光学分选方法的极限，实现更快、更高效的多物种分选和细胞形态研究（图2）。预计未来将涌现更多纳米级精度光学分选设备，广泛部署于研究所和医院，快速处理药物分子、病毒和外泌体等样品。

图2、光学分选未来发展方向

同济大学施宇智教授、新加坡国立大学仇成伟教授、同济大学张卉教授和程鑫彬教授为论文共同通讯作者，同济大学硕士生杨萌和施宇智教授为论文共同第一作者。其他作出突出贡献的作者还包括：同济大学王占山教授、魏泽勇长聘副教授和顿雄长聘副教授，清华大学宋清华副教授和电子科技大学王志明教授。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41377-024-01734-5