光-热-电流体纳米镊实现对亚-10 nm生物分子的操控

光镊使用高度聚焦的激光束以类似于镊子的方式对原子、纳米粒子等微观物体进行操控，在生物医学、纳米光学以及量子光学等领域具有不可替代的作用。然而，衍射极限的存在大大限制了光镊对纳米级物体的捕获成功率。基于此，来自范德比尔特大学的Justus Ndukaife研究组开发出了一种基于光-热-电多物理场耦合的电动流体纳米镊。如图所示，该纳米镊具有一个等离子纳米孔阵列，当在纳米孔被垂直照射并施加交流电之后，能够建立起电热等离子流和交流电致电渗流的相互作用。纳米孔阵列与光的耦合导致高度局域化的电磁热点出现，从而促进了光的吸收，导致电渗流的温度升高和热梯度的出现，从而形成了径向向内的涡流；同时纳米孔阵列的存在使得施加的交流电出现失真，电场产生法向和切向的交流电电场分量，而切线方向的电场分量会引起流体和颗粒的电渗流运动，则出现了径向向外的定向涡流。两种涡流的存在，会使其中合力为零的区域出现一个停止区，即使粒子捕获的位置。这种光镊可以对亚-10nm的颗粒进行捕获和操纵，且避免了光致损伤的风险，是光镊操纵领域的重要进展，且提出了一种片上实验的解决方案。相关结果发表在Nature Nanotechnology, (2020) 15，908-913上。

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41565-020-0760-z

图：光-热-电流体镊的原理及捕获分子能力