光熱泳操控技術通過流體環境中高效的光-熱-機械耦合，從而對操控對象施加間接光學力實現遠程光學操控。與傳統光鑷相比，光熱泳操控技術具有操控功率低、熱損傷小等優勢。其操控功率顯著降低主要源于高效的光熱轉換效率及物體在局域溫度梯度場中顯著的熱泳遷移速率。通過合理設計溫度梯度場和構筑光熱力場，光熱泳操控技術可實現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、生物細胞及生物分子等。
近日，清華大學孫洪波教授和林琳涵副教授在《ACS Nano》期刊上發表了題為“Opto-Thermophoretic Manipulation”的綜述文章，該綜述從闡述熱泳物理機制出發，系統介紹了光熱泳操控技術的開發、發展和技術特征，并總結了其在膠體科學和生命科學等領域的應用案例（圖1）。此外，作者對光熱泳操控技術的發展前景進行了展望，著重強調了提高該技術的生物兼容性對于拓寬其在生命科學領域應用的重要性并提供了相應的研究思路。
圖1 光熱泳操控技術的物理機制、技術特點及應用案例
在膠體科學領域，膠體組裝及印刷對功能性膠體器件的制備具有重要意義。光熱泳組裝技術通過引入耗散力作為膠體顆粒間的鍵合力，成功實現對于不同膠體顆粒的多樣化組裝。通過精細設計膠體顆粒的尺寸、材質及空間位置分布，可實現對手性超構分子的可逆組裝（圖2）。通過進一步調控熱電場及引入光斑整形技術，使膠體顆粒克服顆粒-基底間的勢壘，可以實現膠體材料的圖案化印刷。
圖2 光熱泳組裝技術及手性超構分子
此外，由于生物細胞和分子在溫度場中也普遍存在熱泳遷移現象，光熱泳操控技術在生命科學領域扮演著越來越重要的角色。例如，利用光熱泳操控技術富集攜帶癌癥標記物的囊泡，可實現對乳腺癌、前列腺癌等癌癥的探測（圖3）。此外，通過監測不同分子結合前后熒光強度的變化，可實現分子間相互作用的探測。
圖3 光熱泳操控技術用于癌癥診斷
該論文的第一作者為清華大學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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