光熱泳操控技術(shù)通過流體環(huán)境中高效的光-熱-機(jī)械耦合，從而對操控對象施加間接光學(xué)力實現(xiàn)遠(yuǎn)程光學(xué)操控。與傳統(tǒng)光鑷相比，光熱泳操控技術(shù)具有操控功率低、熱損傷小等優(yōu)勢。其操控功率顯著降低主要源于高效的光熱轉(zhuǎn)換效率及物體在局域溫度梯度場中顯著的熱泳遷移速率。通過合理設(shè)計溫度梯度場和構(gòu)筑光熱力場，光熱泳操控技術(shù)可實現(xiàn)對單個物體的高精度操控，如微納顆粒（金屬顆粒、介電顆粒、聚合物顆粒）、微泳體、生物細(xì)胞及生物分子等。
近日，清華大學(xué)孫洪波教授和林琳涵副教授在《ACS Nano》期刊上發(fā)表了題為“Opto-Thermophoretic Manipulation”的綜述文章，該綜述從闡述熱泳物理機(jī)制出發(fā)，系統(tǒng)介紹了光熱泳操控技術(shù)的開發(fā)、發(fā)展和技術(shù)特征，并總結(jié)了其在膠體科學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用案例（圖1）。此外，作者對光熱泳操控技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，著重強(qiáng)調(diào)了提高該技術(shù)的生物兼容性對于拓寬其在生命科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的重要性并提供了相應(yīng)的研究思路。
圖1 光熱泳操控技術(shù)的物理機(jī)制、技術(shù)特點及應(yīng)用案例
在膠體科學(xué)領(lǐng)域，膠體組裝及印刷對功能性膠體器件的制備具有重要意義。光熱泳組裝技術(shù)通過引入耗散力作為膠體顆粒間的鍵合力，成功實現(xiàn)對于不同膠體顆粒的多樣化組裝。通過精細(xì)設(shè)計膠體顆粒的尺寸、材質(zhì)及空間位置分布，可實現(xiàn)對手性超構(gòu)分子的可逆組裝（圖2）。通過進(jìn)一步調(diào)控?zé)犭妶黾耙牍獍哒渭夹g(shù)，使膠體顆？朔w粒-基底間的勢壘，可以實現(xiàn)膠體材料的圖案化印刷。
圖2 光熱泳組裝技術(shù)及手性超構(gòu)分子
此外，由于生物細(xì)胞和分子在溫度場中也普遍存在熱泳遷移現(xiàn)象，光熱泳操控技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。例如，利用光熱泳操控技術(shù)富集攜帶癌癥標(biāo)記物的囊泡，可實現(xiàn)對乳腺癌、前列腺癌等癌癥的探測（圖3）。此外，通過監(jiān)測不同分子結(jié)合前后熒光強(qiáng)度的變化，可實現(xiàn)分子間相互作用的探測。
圖3 光熱泳操控技術(shù)用于癌癥診斷
該論文的第一作者為清華大學(xué)精密儀器系博士生劉少峰，通訊作者為孫洪波教授和林琳涵副教授。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c10427
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