基于集成光学相控阵芯片的光镊实现远距离细胞操控
2024-10-10 11:54:35 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
新的集成OPA方法被用于诱导小鼠淋巴母细胞的受控变形，这是首次使用单光束集成光镊技术进行演示。麻省理工学院的下一步计划包括完善该集成OPA系统，使光束的焦距可调，并将其应用于不同的生物系统，同时使用多个陷阱位点。
据麦姆斯咨询报道，麻省理工学院（MIT）电子研究实验室（RLE）的一个科研项目开发出一种新型集成光学相控阵（OPA）芯片的光镊，可以帮助将光操控技术应用于新的研究领域。
该光镊使用强烈聚焦的光束来捕获和操控生物粒子，而不会损伤细胞
光镊的原理利用了聚焦激光产生的强度梯度，这种梯度能够在焦点处捕获少量物质。然而，将这一原理应用于临床的挑战仍然存在。脆弱的生物样本在被激光固定时可能会遭受热损伤，而仪器平台本身需要笨重的显微镜装置。
硅光子学的进步现在可以将不同的光学元件集成到单颗芯片上，这有助于降低光镊的复杂性。但到目前为止，这种集成概念的演示仅限于微米级的小距离。
《自然通讯（Nature Communications）》期刊报道称，麻省理工学院的最新突破涉及使用集成光学相控阵（OPA）演示光捕获和光镊，该OPA能够从紧凑型硅光子芯片发射和控制任意自由空间辐射模式。
麻省理工学院研究人员在其发表的论文中评论说，这种集成OPA“提供了一种有前途的方法，可以将隔离操作距离延长几个数量级，从而解决使用渐逝场捕获模式对操作距离造成的根本限制”。
OPA技术涉及一系列使用半导体制造工艺在芯片上制造的微尺度天线。通过电子控制每个天线发射的光信号，研究人员可以塑造和控制芯片发射的光束。
麻省理工学院指出，迄今为止，大多数集成OPA都是为激光雷达（LiDAR）等远程应用而设计的，并非旨在产生光镊所需的紧密聚焦光束。但研究人员发现，通过为OPA阵列中的每个天线创建特定的相位模式，实际上可以设计出更集中的发射。
通过改变输入波长来控制发射焦点的位置，这是光镊技术的一个重要组成部分，进而改变了辐射天线的有效周期及其发射角度。据麻省理工学院称，通过这种方式，聚焦光束可以在大于一毫米的范围内以微米级的精度进行控制。
“借助硅光子技术，我们可以将这种大型（通常为实验室规模）的系统集成到单颗芯片上，”麻省理工学院电子研究实验室成员Jelena Notaros说道，“这为生物学家提供了一个很好的解决方案，因为这为他们提供光捕获和光镊功能，而无需复杂的体光学装置的开销。”
在试验中，新的集成OPA方法被用于诱导小鼠淋巴母细胞的受控变形，这是首次使用单光束集成光镊技术进行演示。麻省理工学院的下一步计划包括完善该集成OPA系统，使光束的焦距可调，并将其应用于不同的生物系统，同时使用多个陷阱位点。
“这项研究工作为基于硅光子芯片的光镊开辟了新的可能性。”Jelena Notaros评论道，“想想这项技术可以实现的各种生物应用，真是令人兴奋！”
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