傳統光鑷面臨著系統復雜、光損傷、操控作用力小、操控顆粒范圍窄、僅適用于透明物體等挑戰，嚴重阻礙其實際應用。1月9日，記者從中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱“深圳先進院”）獲悉，該院醫工所智能醫用材料與器械研究中心杜學敏研究員團隊基于前期的研究基礎，自主研制出了新型光-電鑷原型系統，可實現對不同材質、相態和形狀物體的非接觸、跨尺度、普適、多功能操控。
探索光調控技術新突破
2016年，杜學敏團隊開始在光-電智能材料和靜電鑷領域開展研究工作?；谇捌诠ぷ骰A，研究團隊開發出全新的光-電鑷。
該光-電鑷由兩個核心元素組成：近紅外激光光源和光-電轉換器。其中，在光電轉換器中，包含了研究團隊自主研發的具有高效光熱釋電（光-電）性能的鎵-銦液態金屬顆粒摻雜的聚偏氟乙烯-三氟乙烯高分子薄膜，以及具有減阻、抗污染、消除導電介質形成電荷屏蔽三重功能的潤滑層，通過兩片聚甲基丙烯酸甲酯封裝集成。
實驗結果表明，研發團隊提出的新型光-電鑷展現出了卓越、穩定的光電轉換性能，僅需每平方毫米2毫瓦的光照強度下即可產生0.26伏的表面電勢，光照強度增加可增強光-電場，即便將表面介質厚度改變范圍為1厘米至10厘米，電導率調整范圍為1.16毫西門子每厘米至91毫西門子每厘米，其光電性能仍能保持有效。
“傳統的光鑷需要的光強度較高，大約為每平方毫米一千萬毫瓦，會存在光損傷的問題，在微觀尺度的調控可能會灼傷甚至殺死細胞。”杜學敏介紹，“相比之下，新型光-電鑷所需要的光照強度很低，通過高性能的光-電轉換器產生的介電泳力操控物體，以避免光強度對生物樣本的損傷。”
打開微觀調控大門
據了解，結合光場和電場的雙重優勢，新型光-電鑷成功實現不同場景下的多功能操控，展現出了前所未有的靈活性和適應性。
值得關注的是，相比傳統的光鑷，該光-電鑷所需光照強度低7個數量級，卻能產生操控力高7個數量級，成功實現了不同材質（聚合物、無機物和金屬）、不同相態（氣泡、液體和固體）、不同形狀（球體、長方體、螺旋線）和活魚卵等物體的非接觸、普適性、程序化操控。
杜學敏介紹，在應用層面，他們團隊研發的新型光-電鑷不僅可以設計成便攜式的操控平臺用于宏觀尺寸物體操控，還可與顯微成像系統集成，研制成顯微光-電鑷操控系統。
此外，光-電鑷還能實現對5微米至2.5毫米的固體顆粒、1皮升至10毫升液滴的跨尺度操控，具有強大的靈活性和適應性。光-電鑷還可被應用于水凝膠微型機器人組裝和任務執行、不同材質和尺寸顆粒的篩選、活細胞的組裝、單個細胞的操控以及細胞刺激響應等微型機器人和生物醫學領域。
杜學敏表示，“光-電鑷克服了傳統光鑷的局限性，填補了傳統光鑷無法實現的宏觀和微觀物體操控之間的空白，為機器人、類器官、再生醫學、神經調控等重點前沿科技領域提供新的工具與技術。”
傳統光鑷面臨著系統復雜、光損傷、操控作用力小、操控顆粒范圍窄、僅適用于透明物體等挑戰，嚴重阻礙其實際應用。1月9日，記者從中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱“深圳先進院”）獲悉，該院醫工所智能醫用材料與器械研究中心杜學敏研究員團隊基于前期的研究基礎，自主研制出了新型光-電鑷原型系統，可實現對不同材質、相態和形狀物體的非接觸、跨尺度、普適、多功能操控。
探索光調控技術新突破
2016年，杜學敏團隊開始在光-電智能材料和靜電鑷領域開展研究工作?；谇捌诠ぷ骰A，研究團隊開發出全新的光-電鑷。
該光-電鑷由兩個核心元素組成：近紅外激光光源和光-電轉換器。其中，在光電轉換器中，包含了研究團隊自主研發的具有高效光熱釋電（光-電）性能的鎵-銦液態金屬顆粒摻雜的聚偏氟乙烯-三氟乙烯高分子薄膜，以及具有減阻、抗污染、消除導電介質形成電荷屏蔽三重功能的潤滑層，通過兩片聚甲基丙烯酸甲酯封裝集成。
實驗結果表明，研發團隊提出的新型光-電鑷展現出了卓越、穩定的光電轉換性能，僅需每平方毫米2毫瓦的光照強度下即可產生0.26伏的表面電勢，光照強度增加可增強光-電場，即便將表面介質厚度改變范圍為1厘米至10厘米，電導率調整范圍為1.16毫西門子每厘米至91毫西門子每厘米，其光電性能仍能保持有效。
“傳統的光鑷需要的光強度較高，大約為每平方毫米一千萬毫瓦，會存在光損傷的問題，在微觀尺度的調控可能會灼傷甚至殺死細胞。”杜學敏介紹，“相比之下，新型光-電鑷所需要的光照強度很低，通過高性能的光-電轉換器產生的介電泳力操控物體，以避免光強度對生物樣本的損傷。”
打開微觀調控大門
據了解，結合光場和電場的雙重優勢，新型光-電鑷成功實現不同場景下的多功能操控，展現出了前所未有的靈活性和適應性。
值得關注的是，相比傳統的光鑷，該光-電鑷所需光照強度低7個數量級，卻能產生操控力高7個數量級，成功實現了不同材質（聚合物、無機物和金屬）、不同相態（氣泡、液體和固體）、不同形狀（球體、長方體、螺旋線）和活魚卵等物體的非接觸、普適性、程序化操控。
杜學敏介紹，在應用層面，他們團隊研發的新型光-電鑷不僅可以設計成便攜式的操控平臺用于宏觀尺寸物體操控，還可與顯微成像系統集成，研制成顯微光-電鑷操控系統。
此外，光-電鑷還能實現對5微米至2.5毫米的固體顆粒、1皮升至10毫升液滴的跨尺度操控，具有強大的靈活性和適應性。光-電鑷還可被應用于水凝膠微型機器人組裝和任務執行、不同材質和尺寸顆粒的篩選、活細胞的組裝、單個細胞的操控以及細胞刺激響應等微型機器人和生物醫學領域。
杜學敏表示，“光-電鑷克服了傳統光鑷的局限性，填補了傳統光鑷無法實現的宏觀和微觀物體操控之間的空白，為機器人、類器官、再生醫學、神經調控等重點前沿科技領域提供新的工具與技術。”
本文鏈接：新型光-電鑷原型系統研制成功http://m.lensthegame.com/show-2-10118-0.html
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